Электровелосипед аккумулятор своими руками

Электровелосипед своими руками: батарея

Литий-ионная батарея электровелосипеда — не такое уж простое устройство, как это может показаться на первый взгляд. Она состоит из следующих основных компонентов:
— литий-ионные (Li-ion) элементы, соединённые контактами;
— плата управления (BMS, battery management system);
— корпус.

Часто покупателей интересуют только два параметра батарей:
— ёмкость, измеряемая в ампер-часах (Ah);
— рабочее напряжение, измеряемое в вольтах.

Однако при таком подходе из поля зрения ускользает одна из главных характеристик батареи — её внутреннее сопротивление, то есть способность отдавать ток.

Внутреннее сопротивление батареи

Как правило, чем дешевле батарея, тем выше её внутреннее сопротивление, и тем хуже она отдаёт ток. На чём это сказывается и в каких случаях это критично, а в каких нет?

Давайте в качестве примера рассмотрим маломощный электровелосипед, двигатель которого рассчитан на напряжение 36 В и мощность 250 Вт. Вспоминаем закон Ома и получаем, что максимальный ток, который должна выдавать батарея, составляет 250 / 36 = 6,94 ампера.

Оптимальным током разряда литий-ионного аккумулятора считается 1C, то есть значение, равное его ёмкости. Например, для аккумулятора ёмкостью 2500 мАч оптимальным током разряда будет ток 2500 мА, то есть 2,5 ампера.

Теперь считаем сколько необходимо соединить параллельно таких аккумуляторов чтобы получить необходимый нам ток (6,94 А).
b = 6.94 A / 2.5A = 2.8, округляем вверх до b = 3.

Схему сборки аккумуляторных батарей принято выражать в виде aSbP, где a — число последовательно соединённых блоков элементов, b — число параллельно соединённых элементов внутри одного блока.

Значение «b» мы уже нашли. Значение «a» определяется как номинальное напряжение батареи, делённое на номинальное напряжение одного элемента. То есть в нашем случае b = 36 В / 3,6 В = 10.

Таким образом, схема батареи, которой достаточно для питания двигателя на 36 В мощностью 250 Вт, будет иметь вид: 10S3P, то есть батарея будет состоять из 10 последовательно соединённых блоков по 3 параллельно соединённых элемента внутри каждого блока (всего 30 элементов).

Теперь давайте вернёмся к внутреннему сопротивлению. В недорогих китайских батареях как правило устанавливаются элементы с внутренним сопротивлением около 60 мОм. Соответственно, три параллельно соединённых элемента в нашей схеме будут иметь общее внутренне сопротивление 60 мОм / 3 = 20 мОм.

Несложно посчитать, что при протекании тока 6,94 А на блоке из трёх элементов будет рассеиваться мощность, равная 6.94 А * 6,94 А * 0,02 Ом = 0,96 Вт. А значит, батарея из 10 таких последовательно соединённых блоков будет выделять мощность 9,6 Вт.

Если же рассматривать более дорогие аккумуляторы, например у которых внутреннее сопротивление 30 мОм, то есть в 2 раза меньше, то очевидно и мощность, идущая на нагрев батареи, будет в 2 раза меньше, то есть 4,8 Вт.

Но дело даже не в нагреве батареи. При подключении нагрузки у более дешёвых элементов больше просадка напряжения, а значит такая батарея при разряде отключится раньше, чем аналогичная с более низким внутренним сопротивлением, то есть отдаст меньшую ёмкость.

Почему происходит отключение батареи и как это работает?

За отключение батареи отвечает BMS (battery management system) — система управления батареей.

Платы BMS, как правило, имеет следующие выводы:
— силовые: «P-» (к минусу разрядного разъёма), «B-» (к минусу батареи) и «C-» (к минусу зарядного разъёма)
— балансировочные, b-, b1. bn (к каждому из блоков элементов батареи)
— On/Off — к замку или кнопке для включения батареи

Задача BMS — не допустить перезаряда и переразряда элементов батареи. В отличие от свинцовых аккумуляторов, литий-ионные работают строго в определённом диапазоне напряжений: от 3 до 4,2 вольта. Только в этих пределах возможна стабильная и длительная работа аккумулятора.

Благодаря подключенному балансировочному разъёму, BMS «видит» напряжение на каждом блоке ячеек, и если напряжение на одном из них при заряде батареи достигло 4,2 В, BMS разрывает цепь заряда, и зарядка прекращается.

Аналогично и с разрядом — когда на одном из блоков напряжение опустилось до 3 вольт (иногда чуть ниже), BMS разрывает разрядную цепь и батарея отключается от нагрузки.

Ещё одна функция BMS — так называемая балансировка, то есть выравнивание напряжений на блоках элементов при заряде батареи, чтобы в заряженном состоянии напряжения на всех элементах были ровно 4,2 В (в некоторых версиях 4,1 В). BMS использует для этого резисторы, подключая их в процессе заряда к элементам с более высоким напряжением.

Если аккумуляторы, из которых собрана батарея, низкого качества, то батарею сложнее отбалансировать, вернее сказать, батарея будет всегда выдавать ту ёмкость, которой обладает самый худший блок элементов в её составе.

То есть если все блоки элементов имеют одинаковую реальную ёмкость 2,5*3=7,5 Ач, а один блок имеет ёмкость, к примеру 2+2,5+2,5=7 Ач, то вся батарея будет выдавать ёмкость 7 Ач, так как проблемный блок будет заряжаться раньше остальных, и BMS отключит заряд, и разряжаться раньше остальных, и по нему BMS отключит разряд.

В продаже всё ещё есть так называемые SmartBMS, которые можно подключить к компьютеру и вручную установить пороги напряжений и огромное количество других параметров. Но, как показала практика, SmartBMS в процессе эксплуатации «виснут» и перестают работать, а иногда настроенные параметры просто «слетают». В этом плане я бы рекомендовал использовать аппаратные BMS.

Но давайте вернёмся к Li-ion элементам, из которых состоит батарея. Как получается, что они бывают разного качества?

Источник

Как сделать крутой электровелосипед своими руками: подборка ссылок за электромоторы и комплекты для конверсии

Сделать электровелосипед своими руками достаточно просто. Доступны качественные готовые комплекты для конверсии вашего велосипеда с добавлением мотора, аккумулятора и контроллера.

Я предлагаю подборку ссылок на готовые комплекты для конверсии и проверенные электромоторы различных типов, аккумуляторы для монтажа на раму или в багажник, контроллеры и экраны для настройки и управления, а также на аксессуары для электровелосипеда.

Сразу обращаю внимание: для выбора конкретного комплекта следует определиться с типом конверсии. Будет ли это мотор-колесо, или же мотор, устанавливаемый на заднюю каретку или центральную ось. Сразу же нужно определиться с напряжением и компоновкой сборки тягового аккумулятора. Ну и в завершение — выберете контроллер (экран) для управления электровелосипедом.

Мотор-колесо

Один из самый продвинутых вариантов конверсии в электровелосипед — это установка мотор-колеса с сопутствующей электрификацией. Рекомендую обратить внимание на полный конверсионный комплект мотор-колеса на 1500 Вт от Bafang. В комплекте есть все необходимое, за исключением аккумулятора (ссылки на аккумуляторы ниже). В лоте на выбор варианты на 500W/750W/1000W/1500W, соответственно подбираем аккумулятор на 36V/48V.

Центральный мотор (комплект)

Один из самых мощных вариантов — конверсионный комплект для установки центрального мотора с креплением в раму Bafang G510. Доступная мощность двигателя — 1 кВт. Напряжение для аккумулятора — 48 Вольт. Подойтет для всех типов электровелосипедов, в том числе для MTB, для карго-карго велосипеда.

Комплекты электромоторов на каретку велосипеда

Недорогой комплект для установки кареточного/центрального мотора — BAFANG BBS01B (разрешенные 250 Вт), это быстрый способ выполнить конверсию вашего велосипеда. Чуть подороже обойдется мощный комплект BAFANG BBS02B (750 Вт). Оба варианта имеют хорошее соотношение масса/цена/мощность и подойдут в большинстве случаев. Есть модель еще дешевле — это простой DIT мотор, который подойдет для начинающих.

Аккумуляторы для электровелосипеда

Аккумулятор для электрификации велосипеда. Помещается непосредственно под раму велосипеда, или же на багажник. Заранее определяемся с двигателем и выбираем нужное напряжение сборки: 36 Вольт или 48 Вольт. Есть небольшой выбор по общей емкости сборки (13/16 Аh). Внутри ячейки 18650 LG, установлен контроллер заряда/разряда, а также необходимые защиты. Класс водонепроницаемости IPX4.

Рамы для электровелосипеда

Основа любого велосипеда — это рама. Если переделываете свой имеющийся велосипед, то будет достаточно одного из комплектов выше. А если собираете с нуля, или глубокая переделка предполагает замену рамы велосипеда, то обратите свое внимание на готовые гибридные рамы с уже установленным мотором. По ссылке доступна рама для MTB E-BIKE 29ER c интегрированным центральным мотором на 500 Вт (максимальный крутящий момент 120 Нм). Если возникло желание облегчить сборку — выбирайте современные комплектующие, а именно — карбоновые части. Одна карбоновая рама дает ощутимое снижение массы велосипеда.

Аксессуары для сборки: контроллеры, управляющие экраны, кабели для программирования.

Для удобства управления режимами электровелосипеда, а также для контроля основных параметров при движении есть смысл установить выносной экран для контроллера центрального мотора. Одни из подобных — экраны Bafang DPC18 и Bafang C965, доступны по сссылке. А вообще существует огромное множество экранов-контроллеров с цветным и монохромным дисплеем и множеством функций.

И в завершение такой полезной подборки добавляю видео-распаковки комплектов и видео-обзоры комплектов. Оценить состав подобного набора и простоту переделки можно по видео ниже.

Распаковка мотор-колеса Bafang на 1500 Вт. В комплекте идет сразу все необходимое для конверсии велосипеда. Ну за исключением аккумулятора — аккумулятор на раму или на багажник докупаем отдельно.

Распаковка кареточного мотора BAFANG BBS01B 250 Вт.

Подробный обзор мотора Bafang BBS02B 750 Вт. Эта модель представляет обой оптимальную версию по соотношению масса/цена/мощность. Можно рекомендовать именно эту модель для начинающих.

Распаковка управляющего экрана для контроллера центрального мотора велосипеда.

Ниже список других моделей экранов для контроллера.

Надеюсь, данная подборка была для вас полезной.

Плюсы и минусы выбранных комплектов можно обсудить в комментариях.

Личный опыт и ссылки на другие проверенные комплекты приветствуются!

Источник

Электровелосипед своими руками: батарея

Современная батарея электровелосипеда состоит из следующих основных частей:
— литий-ионные (Li-ion) элементы, соединённые контактами;
— плата управления (BMS, battery management system);
— корпус.

Часто покупателей интересуют только два параметра батарей:
— ёмкость, измеряемая в ампер-часах (Ah);
— рабочее напряжение, измеряемое в вольтах.

Однако при таком подходе из поля зрения ускользает одна из главных характеристик батареи — её внутреннее сопротивление , то есть способность отдавать ток.

Как правило, чем дешевле батарея, тем выше её внутреннее сопротивление, и тем хуже она отдаёт ток. На чём это сказывается и в каких случаях это критично, а в каких нет?

Давайте в качестве примера рассмотрим маломощный электровелосипед, двигатель которого рассчитан на напряжение 36 В и мощность 250 Вт. Вспоминаем закон Ома и получаем, что максимальный ток, который должна выдавать батарея, составляет 250 / 36 = 6,94 ампера.

Оптимальным током разряда литий-ионного аккумулятора считается 1C, то есть значение, равное его ёмкости. Например, для аккумулятора ёмкостью 2500 мАч оптимальным током разряда будет ток 2500 мА, то есть 2,5 ампера.

Теперь считаем сколько необходимо соединить параллельно таких аккумуляторов чтобы получить необходимый нам ток (6,94 А).
b = 6.94 A / 2.5A = 2.8, округляем вверх до b = 3.

Схему сборки аккумуляторных батарей принято выражать в виде aSbP, где a — число последовательно соединённых блоков элементов, b — число параллельно соединённых элементов внутри одного блока.

Значение «b» мы уже нашли. Значение «a» определяется как номинальное напряжение батареи, делённое на номинальное напряжение одного элемента. То есть в нашем случае b = 36 В / 3,6 В = 10.

Таким образом, схема батареи, которой достаточно для питания двигателя на 36 В мощностью 250 Вт, будет иметь вид: 10S3P, то есть батарея будет состоять из 10 последовательно соединённых блоков по 3 параллельно соединённых элемента внутри каждого блока (всего 30 элементов).

Теперь давайте вернёмся к внутреннему сопротивлению. В недорогих китайских батареях как правило устанавливаются элементы с внутренним сопротивлением около 60 мОм. Соответственно, три параллельно соединённых элемента в нашей схеме будут иметь общее внутренне сопротивление 60 мОм / 3 = 20 мОм.

Несложно посчитать, что при протекании тока 6,94 А на блоке из трёх элементов будет рассеиваться мощность, равная 6.94 А * 6,94 А * 0,02 Ом = 0,96 Вт. А значит, батарея из 10 таких последовательно соединённых блоков будет выделять мощность 9,6 Вт.

Если же рассматривать более дорогие аккумуляторы, например у которых внутреннее сопротивление 30 мОм, то есть в 2 раза меньше, то очевидно и мощность, идущая на нагрев батареи, будет в 2 раза меньше, то есть 4,8 Вт.

Но дело даже не в нагреве батареи. При подключении нагрузки у более дешёвых элементов больше просадка напряжения, а значит такая батарея при разряде отключится раньше, чем аналогичная с более низким внутренним сопротивлением, то есть отдаст меньшую ёмкость.

Почему происходит отключение батареи и как это работает?

За отключение батареи отвечает BMS (battery management system) — система управления батареей.

Платы BMS, как правило, имеет следующие выводы:
— силовые: «P-» (к минусу разрядного разъёма), «B-» (к минусу батареи) и «C-» (к минусу зарядного разъёма)
— балансировочные, b-, b1. bn (к каждому из блоков элементов батареи)
— On/Off — к замку или кнопке для включения батареи

Задача BMS — не допустить перезаряда и переразряда элементов батареи. В отличие от свинцовых аккумуляторов, литий-ионные работают строго в определённом диапазоне напряжений: от 3 до 4,2 вольта. Только в этих пределах возможна стабильная и длительная работа аккумулятора.

Благодаря подключенному балансировочному разъёму, BMS «видит» напряжение на каждом блоке ячеек, и если напряжение на одном из них при заряде батареи достигло 4,2 В, BMS разрывает цепь заряда, и зарядка прекращается.

Аналогично и с разрядом — когда на одном из блоков напряжение опустилось до 3 вольт (иногда чуть ниже), BMS разрывает разрядную цепь и батарея отключается от нагрузки.

Ещё одна функция BMS — так называемая балансировка, то есть выравнивание напряжений на блоках элементов при заряде батареи, чтобы в заряженном состоянии напряжения на всех элементах были ровно 4,2 В (в некоторых версиях 4,1 В). BMS использует для этого резисторы, подключая их в процессе заряда к элементам с более высоким напряжением.

Если аккумуляторы, из которых собрана батарея, низкого качества, то батарею сложнее отбалансировать, вернее сказать, батарея будет всегда выдавать ту ёмкость, которой обладает самый худший блок элементов в её составе.

То есть если все блоки элементов имеют одинаковую реальную ёмкость 2,5*3=7,5 Ач, а один блок имеет ёмкость, к примеру 2+2,5+2,5=7 Ач, то вся батарея будет выдавать ёмкость 7 Ач, так как проблемный блок будет заряжаться раньше остальных, и BMS отключит заряд, и разряжаться раньше остальных, и по нему BMS отключит разряд.

В продаже всё ещё есть так называемые SmartBMS, которые можно подключить к компьютеру и вручную установить пороги напряжений и огромное количество других параметров. Но, как показала практика, SmartBMS в процессе эксплуатации «виснут» и перестают работать, а иногда настроенные параметры просто «слетают». В этом плане я бы рекомендовал использовать аппаратные BMS.

Но давайте вернёмся к Li-ion элементам, из которых состоит батарея. Как получается, что они бывают разного качества?

Крупные производители литий-ионных аккумуляторов «18650» (самый распространённый типоразмер, 18 мм в диаметре и 65 мм длиной) для получения элементов с низким внутренним сопротивлением используют более качественные материалы и грамотно организованный техпроцесс.

Более мелкие производители экономят на материалах, а более низкое качество производства приводит к разбросу характеристик элементов на выходе. Поэтому после производства каждый элемент тестируется — и в зависимости от полученных характеристик ему присваивается тот или иной уровень (A, B, C, D). А далее элементы продаются по ценам в соответствии с присвоенным уровнем.

Кроме качества Li-ion элементов, на качество батареи в целом влияет сечение контактов, которыми соединены элементы. Недостаточное сечение приводит к повышению внутреннего сопротивления батареи.

И конечно, огромное влияние имеет качество сварки. Если сварка некачественная, и контакт с элементом нарушится, ёмкость батареи сразу же снизится на величину ёмкости этого элемента. Если же при сварке нарушена герметичность элемента, батарея также потеряет ёмкость.

Встречаются умельцы, которые при сборке батареи вместо сварки используют пайку мощным паяльником. К сожалению, надёжность и долговечность службы такой батареи крайне низкая.

Что произойдёт если использовать маленькую батарею с мощным мотором ?

1. Если BMS в батарее рассчитана на небольшой ток, она просто будет отключать батарею. Выглядит это следующим образом: вы включили велосипед, но при нажатии ручки газа он дёрнется и отключится.

Если же на маленькой батарее установлена мощная BMS, то на первый взгляд всё будет работать, но батарея не будет выдавать полную ёмкость, поскольку при большой нагрузке (мощном моторе) просадка напряжения будет значительная, и батарея будет отключаться раньше. То есть пробег на одном заряде у такой батареи будет гораздо меньше, чем при её использовании с маломощным мотором.

2. При слишком большой нагрузке литий-ионные аккумуляторы будут сильно разогреваться, что приведёт к их быстрой деградации. Другими словами, такой батареи вам хватит только на один сезон.

3. Если в батарее отсутствует, либо неправильно установлен термоконтакт или терморезистор, возникает опасность воспламенения батареи. Такие случаи можно встретить на YouTube.

Теперь поговорим о корпусе батареи .

Зачастую в целях повышения надёжности крепления батареи на раме велосипеда энтузиасты используют металлические корпуса, вес которых порой достигает нескольких килограммов. Однако при этом не сильно заботятся о надёжности крепления батареи внутри этого корпуса.

В тех случаях, когда батарея значительных размеров, и, соответственно, мощности, вопросу безопасности её крепления следует уделить особое внимание. Батарея не должна болтаться внутри корпуса, иначе при повреждении может произойти короткое замыкание и возгорание.

Давайте подведём итог .

Сборка батареи для электровелосипеда своими руками — задача достаточно сложная.

Для сборки качественной батареи необходимо иметь качественные аккумуляторы, BMS, рассчитанную на нужный ток (в соответствии с мощностью мотора и контроллера), аппарат точечной сварки (в идеале — друга с таким аппаратом и опытом работы на нём), изоляционные материалы, провода подходящего сечения.

Кроме этого, необходимо продумать корпус для батареи и его надёжное крепление на раме велосипеда.

Реально ли собрать качественную батарею для электровелосипеда своими руками — абсолютно реально, ведь возможно всё ! Но это потребует значительного количества времени и других ресурсов.

Если же самому собирать батарею не хочется, всегда можно купить готовое решение на Aliexpress (правда, чаще всего реальная ёмкость оказывается меньше заявленной), как в этом видео .

В России также есть электровелосипедные мастерские, где вам могут изготовить батарею, например, electron bikes из Самары.

Источник