Виды аккумуляторов для электровелосипеда

Аккумулятор электровелосипеда. Основные характеристики и типы

Выбор хорошего аккумулятора напрямую определяет расстояние, которое можно будет проехать на одной зарядке и эффективность использования этого аккумулятора (возможную токоотдачу, режимы работы, скорость его зарядки и многое другое). При равных габаритах и массе, разные аккумуляторные батареи, в зависимости от типа и конструкции, могут работать совершенно по-разному.

Любой аккумулятор обладает такими характеристиками, как емкость, напряжение, габариты, вес, допустимая глубина разряда, время заряда, максимальный ток заряда и разряда, и общий срок службы батареи.

Напряжение – измеряется в вольтах (В) и определяет напряжение бортовой сети. Может быть грубо соотнесено со скоростью велосипеда по схеме Скорость (км/ч) = Напряжение – 6. Большее напряжение в системе намного более практично. Для современных электровелосипедов стандартны напряжения 24 В, 36 В, 48 В, 60 В, 72 В. Не всегда можно заменить аккумулятор на аккумулятор с большим напряжением без риска повреждения оборудования электровелосипеда, однако в некоторых случаях такая возможность есть.

Емкость – это количество энергии, которое может быть запасено в батарее. Является основной характеристикой любой батареи. Единицей измерения является ампер-час. Батарея емкостью 8 А*ч может питать нагрузку током 1А в течение 8 часов, или током 2А в течение 4 часов, и т.д.. При этом следует понимать, что емкость батареи снижается при увеличении тока разряда (иными словами, въезжая в гору, электровелосипедист разряжает свой аккумулятор быстрее). (*Читайте здесь как узнать реальную емкость аккумулятора)

Для примерного расчёта пробега на одном заряде аккумулятора можно использовать следующую схему:

Имеется двигатель, с максимальной мощностью 350 Вт. Если напряжение в системе составляет 36 В, то для того, чтобы определить максимальную силу тока в цепи, используем стандартную формулу 350 Вт/36 В = 9,72 А. У аккумулятор на 8 А*ч, время постоянной работы на максимальной мощности составит 8 А*ч/9,72А = 0,82 часа. Для грубого расчёта проходимого расстояния, умножим 0,82 часа * 30 км/час (максимальная скорость электровелосипеда, как указано выше, примерно равна напряжению в системе – 6 км/ч) = 25 км.

При использовании этой схемы нужно помнить, что двигатель не всегда работает на максимальной мощности. Соответственно, реальный пробег с меньшей скоростью или меньшими нагрузками (читать как меньшими токами разряда) может увеличиться практически в два раза.

Для получения полной информации об аккумуляторе и его качественного обслуживания, полезно приобрести так называемое «умное зарядное устройство». Например, какое-то устройство из семейства IMax. С его помощью можно измерять все важные параметры, замерять реальную емкость, прогонять зарядку на разных токах, смотреть графики заряда -разряда, да и вообще — делать очень много полезных действий. Купить такое устройство можно на aliexpress — imax B6 mini (ссылка откроется в новой вкладке, продавец проверенный).

Каждый цикл разряда-заряда называется зарядным циклом. Аккумулятор имеет определенное количество циклов разряда-заряда, после чего емкость начинает пропорционально падать. Если аккумулятор разряжен, скажем, на 10% и вновь заряжен, то считается, что потрачен один такой цикл. Однако, глубина разряда также принципиально влияет на срок жизни, поэтому о правильном подсчете времени жизни аккумулятора. Речь идёт только о грубом приближении.

Для аккумулятора современного электровелосипеда стандартной емкостью является емкость от 8 А*ч до 25 А*ч.

Фактический срок службы батареи определяется числом циклов заряд-разряд и зависит от условий ее эксплуатации. Для батареи крайне важны такие показатели, как глубина разряда и время выдержки в разряженном состоянии (для каждого типа батареи эти величины разные). Чем сильнее разряжается батарея и чем большее время она находится в разряженном состоянии, тем меньшее число возможных циклов работы следует от неё ожидать.

В процессе эксплуатации полезная емкость аккумулятора уменьшается и соответственно – все характеристики тоже.

Токи заряда и разряда аккумуляторной батареи определяются ее емкостью.

Например, для Li-ion аккумуляторов максимальный ток заряда не должен превышать 0,8 С, где С – емкость аккумулятора. Ток разряда строго не должен превышать 1 С (а лучше 0,8 С). Например, аккумулятор из примера выше, при максимальной мощности двигателя, работает в аварийном режиме, что приведет к быстрому выходу из строя.

Часто недобросовестные производители в силу разных причин комплектуют велосипед аккумулятором, неподходящим по токам для установленного двигателя. Это особенно критично для Li-ion аккумуляторов.

Типы аккумуляторов для электротранспорта

На сегодняшний день для электротранспорта используются следующие типы аккумуляторных батарей:

1. Свинцово-кислотный аккумулятор (Sealed Lead Acid, SLA) – старый тип аккумуляторов, который в последние годы непопулярен у производителей электротранспорта, однако при этом самый дешевый и подходит для сборки дешевых проектов. Наибольшее распространение этот тип аккумуляторов получил в авто и мото транспорте. Имеет большой вес и непродолжительное время работы при высокой токоотдаче. Однако, некоторые производители до сих пор комплектуют свои детища именно этим типом аккумулятора. В основе работы аккумулятора лежит взаимодействие свинцовых пластин с раствором электролита (кислотой), в результате чего в цепи образуется эдс. В более продвинутых моделях в качестве кислоты используется гель, такие аккумуляторы получили названиегелиевые аккумуляторы. Они намного более стабильные и не так критично воспринимают полную разрядку и отрицательные температуры. Достоинства свинцовых аккумуляторов это их низкая стоимость и возможность использования при низких температурах без повреждения самой батареи. К недостаткамстоит отнести высокий вес (низкая удельная емкость – отношение емкости аккумулятора к его весу), низкая скорость заряда и сравнительно небольшое количество циклов использования батареи.
2. Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) – наиболее популярный и самый оптимальный тип аккумуляторных батарей для электровелосипеда на сегодняшний день. Литиевый аккумулятор обладает наилучшим сочетанием общего веса и емкости и обладают соответственно высокой удельной емкостью. Удельная емкость литий-ионных аккумуляторов наибольшая среди всех существующих типов и это является основным их достоинством. У литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти — аккумулятор отдает емкость до того показателя, на котором в прошлый цикл эксплуатации остановилась разрядка, что фактически сокращает реальную емкость. К недостаткам этого типа относится капризное отношение к температурному режиму эксплуатации, невозможность быстрой зарядки на высоких токах, высокое внутренне сопротивление, что делает их непригодными для мощных проектов. Литий-ионная батарея также чувствительна к перегревам и требует четкого контроля за режимом разряда. Склонен к старению и потере емкости с течением времени. Количество циклов полного зярад-разряда составляет около 400, что в два с половиной раза превышает показатели свинцово-кислотного аккумулятора. Готовая батарея, как правило, представляет собой систему из банок, разрядом и зарядом которых управляет плата BMS. Банки продаются отдельно (например здесь — сам закупал именно такой вариант для своей батареи, продавец проверен)
3. Литий-полимерный аккумулятор (Li-Po) – этот тип аккумуляторов популярен преимущественно у авиамоделистов и производителей сотовых телефонов. В простонародье известен под названиями «котлеты»,«народные котлеты»,«пакеты»,«наркота». Аккумуляторы эти довольно капризные, боятся ударов и требуют специальных контейнеров для сборки батареи, так как сами практически лишены корпуса. Очень критично относятся к скорости разряда-заряда и рабочим токам. Распространены преимущественно среди сборщиков собственных проектов. При неправильной эксплуатации могут самовозгораться или детонировать.
4. Литий- железофосфатный аккумулятор (LiFePo4) – относительно новый, но уже успевший завоевать популярность тип аккумуляторов. Среди любителей именуется как лифер. К достоинствам литий-железо-фосфатных аккумуляторов относится морозоустойчивость (работает на морозе до -30 градусов без потери емкости), способен заряжаться быстро на высоких токах как и долгое время отдавать высокий ток при разряде без риска повреждения самого аккумулятора. Этот тип аккумулятора обладает наибольшим количеством циклов полной разрядки-зарядки, который составляет около 1000 циклов. В меньшей степени склонен к старению, чем обычный li-ion. Также лишен эффекта памяти. К недостаткам литий-железо-фосфатных аккумуляторов относится низкая удельная ёмкость и высокая стоимость.

На данный момент наиболее оптимальным способом получить хороший аккумулятор, отвечающий всем требованиям пользователя, является его самостоятельная сборка из готовых элементов, однако не каждый человек сможет с первого раза собрать надежную батарею, пригодную для использования. Банки для аккумулятора лучше покупать на aliexpress. Для своей техники я закупал банки здесь.

Также стоит помнить, что каждая батарея имеет определенные посадочные размеры, габариты и вес. Не все батареи одинаковые и стандартные. При покупке батареи следует как можно более внимательно изучить все параметры.

Источник

Как выбрать АКБ для электровелосипеда? АКБ и что они решают

Аккумуляторная батарея – важный узел электровелосипеда, обеспечивающий автономное питание электрического мотора. От типа АКБ зависит ее вес, циклический ресурс и диапазон рабочих температур. От емкости батареи зависит пробег электровелосипеда на одном заряде, а ее напряжение влияет на скорость и должно совпадать с рабочим напряжением мотора и контроллера. Поэтому АКБ для электрического велосипеда нужно выбирать с учетом желаемой дальности хода и характеристик остальных электрокомпонентов.

Выбор типа аккумуляторов для электровелосипеда

На электровелосипеды устанавливаются аккумуляторные батареи разных типов:

1. Свинцовые (гелевые) – используются редко и только в целях экономии. Они тяжелые, имеют низкую удельную емкость, долго заряжаются и выдерживают не более 200 циклов перезарядки.
2. Литий-ионные (Li-ion) – рекордсмены по удельной емкости, батареи этого типа чаще всего устанавливаются на современные е-байки. Li-ion батареи быстро заряжаются, не имеют большого саморазряда и выраженного эффекта памяти, способны работать в широком температурном диапазоне – от -20 до +50 °С. Их ресурс – около 1000 циклов перезарядки.
3. Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) – особая разновидность литий-ионных АКБ. Эти батареи морозоустойчивы, способны эффективно работать даже при -30 °С, имеют малый саморазряд и ресурс свыше 2000 циклов. Они отлично выдерживают пиковые нагрузки и высокие зарядные токи, меньше склонны к деградации, подходят для интенсивной эксплуатации в жестких условиях, отличаются надежностью и долговечностью. Часто такие батареи ставятся на мощные электровелосипеды, развивающие высокие скорости.

Лучшие АКБ для электрических велосипедов и других видов персонального электротранспорта – литиевые, причем их характеристики зависят от химического состава катода в используемых аккумуляторах. В качестве катодного материала может применяться литий-марганцевая шпинель LiMn₂O₄, кобальтат лития LiCoO₂, литий-кобальт-марганцевая шпинель Li(NiCoMn)O₂, литий-железофосфат LiFePO₄.

В таблице представлены параметры литиевых АКБ в зависимости от материала катода:

Критерий сравнения

Источник

Всё об аккумуляторах для электровелосипеда

Аккумуляторные батареи

Выбор аккумуляторной батареи: виды, ёмкость, мощность и другие параметры.

Аккумулятор является одним из ключевых компонентов, чьи характеристики определяют цену электровелосипеда, его эксплуатационные качества и потенциал. Определяясь с конкретной моделью велогибрида или набора для электрификации велосипеда, важно иметь полноценное представление о технической стороне вопроса. Батарея определяет запас хода на одном заряде и максимальную мощность, подаваемую на электромотор. Важным параметром для аккумулятора легкого электротранспорта является вес на единицу ёмкости. Кроме того, имеет значение ресурс батареи, время зарядки и особенности работы при пониженной температуре.

Купить аккумулятор для электровелосипеда

Часто задаваемые вопросы

На сколько хватает батареи?

Количество энергии, запасаемое батареей измеряется в ватт-часах. Данный показатель является основным для любого аккумулятора и говорит о теоретическом пробеге на одном заряде и максимальной выходной мощности. Один Ватт-час составляет 1/1000 кВт/ч, привычной единицы измерения потребленного электричества. Ёмкость батареи в Ватт-часах определяется произведением фактических Ампер-часов и номинального напряжения АКБ ( для батареи 36 В, 10 Ач значение составляет 360 Вт*ч).

Теоретический пробег на заряде определяется делением энергоёмкости на среднее энергопотребление, которое зависит от скорости передвижения. Потребление энергии на скорости 25 км/ч = 10 Вт*ч на км, соответственно батарея на 360 Вт*ч в теории обеспечивает пробег 36 км по прямой, на скорости 25 км/ч.

Фактическая же дальность поездки зависит от многих параметров: вес пилота, скорость поездки, помощь педалями, частота ускорений, рельеф местности, наличие ветра и температура окружающей среды. Другими словами, при равномерном движении по ровной дороге с умеренной скоростью, крутя педали ( идеальные условия) Вы получите один результат, а при поездке по городу с частыми ускорениями, наличием горок и встречном ветре результат может быть совсем другим.

Для типичного серийного электровелосипеда с батареей 36 В, 10 Ач (360 Вт*ч) производители указывают дальность 40 км на одном заряде, что является адекватной оценкой при езде с помощью педаляей со скоростью 25 км/ч.

Как долго заряжается аккумулятор?

Время зарядки батареи зависит от параметров зарядного устройтва. Зарядное устройство мощностью 2 А зарядит батарею ёмкостью 10 А*ч за 6 часов. При этом батарея зарядится до 80% всего за 4 часа. Зарядка аккумулятора до 100% займёт ещё 2 часа, в связи с особенностью режима зарядки постоянным напряжением (CV ) с уменьшением силы тока. Батарею можно использовать, не дожидаясь стопроценоной зарядки. Если для Вас это слишком долго, время зарядки можно уменьшить, докупив более мощное зарядное устройство. Прежде, чем приобретать такое устройство, следует выяснить максимальный зарядный ток способна выдержать ваша батарея. Необходимо проконсультироваться с продавцом.

Как долго прослужит батарея?

Аккумуляторы со временем и в следствии износа теряют определенную часть ёмкости. Износостойкость определяют в количестве циклов заряд-разряд. Как правило, для бытовых литий-ионных аккумуляторов это значение составляет 1000 циклов или 3 года эксплуатации. Это примерно сопоставимо с батареей ноутбука или сотового телефона.

Для свинцовых батарей период составляет 300 циклов. Литий-железо-фосфатные и литий-полимерные аккумуляторы, разработанные для электромобилей, могут служить 2000-3000 циклов.

5 рекомендаций по эксплуатации литиевых аккумуляторов

Выполняя нескольких не сложных действий, можно продлить жизненный цикл вашей литий-ионной батареи.

1. Заряжайтесь регулярно. Возьмите себе за правило заряжать электротранспорт после каждой поездки. У литий-ионных аккумуляторов отсутствует « эффект памяти», поэтому подзарядка батареи даже при уровне заряда 50-70% ей не навредит. Кроме того, при следующем использовании у вас будет 100% заряженный АКБ, что никогда не бывает лишним. Стоит также избегать регулярного глубокого разряда ниже 10-20% ёмкости.

2. Раз в 3 месяца полностью разряжайте АКБ. Специалисты рекомендуют полностью разряжать аккумулятор 4 раза в год, после чего заряжать его до 100% и оставлять на 8-12 часов на зарядке для балансировки.

3. Храните частично заряженными. Оптимальным состоянием для зимнего хранения литий-ионного аккумулятора является уровень заряда от 30-50% при температуре от 0 до 25°C. Если же оставить батарею полностью заряженной, со временем ее емкость может снизится. Важно также избегать хранения в полностью разряженном состоянии, это может нанести батарее большой урон!

4. Заряжайте правильно. Не допустимо заряжать батарею при минусовой температуре. Если Вы катаетесь зимой, оставляйте байк прогреться перед зарядкой, температура аккумулятора должна быть выше 0°C. Используйте только совместимые зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов. Важно чтобы зарядное устройство соответствовало по напряжению и максимальному току зарядки Вашего АКБ. Среди владельнов Tesla также есть мнение, что заряд аккумулятора до 80% вместо 100% несколько продлевает срок его службы.

5. Не допускайте перегрева. Злейшим врагом литий-ионных аккумуляторов является высокая температура. Поэтому не оставляйте технику в непосредственной близости от источников тепла, например электрообогревателей и старайтесь избегать парковки в жару под палящим солнцем. Максимальная температура, при которой допустимо использование литий-ионных аккумуляторов: +50-60°C.

Технические параметры

Напряжение ( вольты)

Современные аккумуляторные батареи состоят из литий-ионных ячеек, соединенных между собой. Каждая ячейка имеет номинальное напряжение 3,7 В. При этом в 100% заряженном состоянии напряжение составляет 4.2 В, а в разряженном от 2.5 до 3 В.

Справедливости ради, стоит упомянуть о свинцоко-кислотных батареях с номиналом 12 В ( дешевле, менее долговечно, сильно тяжелее) и литий-железо-фосфатных элементах с номиналом 3.2 В ( дороже, тяжелее, но долговечнее).

Двигатели, используемые в персональном электротранспорте, рассчитаны на рабочее напряжение 24, 36 или 48-вольт. Для получения соответствующего номинального напряжения, ячейки последовательно соединяют в батарею. Например, 48 В это 13 последовательных литий-ионных элементов (4 свинцовых или 15 lifepo4).

Ёмкость ( ампер-часы)

Аккумулятор, который отдаёт силу тока 1 ампер в течение часа, имеет емкость 1 ампер в час ( Ач, Ah). Большинство батарей электровелосипедов характеризуются емкостью порядка 10 Ач. Предположим, что потребляемая сила тока вашего электротранспорта в среднем 15 Ампер. При оснащении его батареей в 10Ah вы можете ожидать полный разряд АКБ в течение примерно 40 минут.

Размер и стоимость ячейки непосредственно соотносится с ее емкостью, выраженной в ампер-часах. То есть двукратное увеличение показателя ампер-часов будет означать увеличение в два раза размера, веса и стоимости батареи.

Мощность батареи ( ватты)

Еще один термин, с которым вы столкнетесь, это «C rate» или кратность разрядного тока к емкости аккумулятора (1 С, 2С). Мощность, которую способна отдать батарея, определяется умножением значения C на энергоёмкость, т.е. если у вас батарея 360 Вт*ч, 2С, то она способна выдавать мощность не более 720 Вт. Показатель С имеет разные значения для продолжительного и кратковременного тока разряда. Большинство литий-ионных батарей выдаёт 0.5-1С при продолжительном разряде и 2С при пиковой нагрузке. Специальные, высокомощные ячейки способны выдавать 3, 5 и даже 10С. Кроме того, на мощность влияет установленная в батарею BMS. Она может ограничивать максимальную мощность, чтобы не повредить батарею и продлить срок её службы. Батареи на серийных электровелосипедах как правило уже подобраны под установленный мотор.

Вес ( плотность энергии)

Данный показатель напрямую влияет на вес аккумулятора, т.е. насколько тяжелой будет аккумуляторная батарея определенной энергоёмкости. Плотность энергии выражается в соотношении емкости в Ватт-часах на килограмм веса АКБ. Для свинцово-кислотных батарей это значение составляет 20-40 Вт·ч/кг, Lifepo4 = 90-130 Вт·ч/кг, литий-полимер = 130-180 Вт·ч/кг, литий-ион = 180-250 Вт·ч/кг. Располагая этими значениями, вы можете легко прикинуть вес пакета ячеек без необходимости искать данные производителя.

Виды аккумуляторных батарей для электротранспорта

Свинцовые аккумуляторы — наиболее распространенный и дешевый вид батарей. Используются во всех автомобилях, мотоциклах и скутерах. Свинцовый аккумулятор имеет низкую плотность энергии 30-40 Вт⋅ч/кг ( батарея ёмкостью 1 кВт⋅ч будет весить около 30 кг) и непродолжительный срок служби при использовании как основного источника питания (300 циклов заряда). Коротковременно могут выдавать высокий ток, однако при продолжительном разряде под нагрузкой теряют ёмкость. Номинальное напряжение 12 В. Используются в самых дешевых версиях электровелосипедов и электроскутеров, а также в старых моделях электромобилей.

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4 ) батареи — это относительно новый вид аккумуляторов ( появился на рынке в 2004 году). Отличается продолжительным сроком служби (2000 -3000 циклов / 80%), стабильно высокими показателями токоотдачи, в том числе при пониженных температурах. Плотность энергии LiFePO4 батареи — 100-130 Вт⋅ч/кг ( батарея ёмкостью 1 кВт⋅ч будет весить 8-10 кг). Требуют особой системы балансировки и защиты ячеек (BMS ). Номинальное напряжение 3.2 В. В электровелосипедах применяются сравнительно редко из-за дорогивизны.

Литий-титанатные (LTO ) аккумуляторы сравнительно недавно появились на рынке. Для них характерны экстремально долгий срок службы (25000 -30000 циклов) и расширенный рабочий температурный диапазон. Имеют очень высокие показатели по токами заряда и разряда — LTO аккумулятор можно зарядить за 10 минут! Плотность энергии сравнительно небольшая — 80-100 Вт⋅ч/кг ( батарея ёмкостью 1 кВт⋅ч будет весить 10-12 кг). Номинальное напряжение 2.4 В. Требуют особой системы балансировки и защиты ячеек (BMS ). В электровелосипедах на данный момент не применяются.

Литий-полимерные (Li -po) и литий-ионные (Li -ion) аккумуляторы можно встретить где угодно: от электродрели до электромобиля. Они широко применяются в портативной электронике: телефонах, планшетах, ноутбуках, фотоаппаратах. Высокомощные литий-полимерные батареи используют на радиоуправляемых моделях ( машинки, вертолеты, коптеры), т.к. они способны выдавать очень большие токи. Литиевые аккумуляторы имеют довольно высокую плотность заряда — 160-240 Вт⋅ч/кг ( батарея ёмкостью 1 кВт⋅ч весит 4-6 кг) и приемлемую стоимость. Требуют особой системы балансировки и защиты ячеек (BMS ). Срок жизни: от 500 до 2000 циклов / 80%. Номинальное напряжение 3.7 В. На данный момент наиболее распространенный тип батарей в электротранспорте.

Источник