Всё о литиевых аккумуляторах для электровелосипеда


Аккумуляторные батареи

Аккумулятор является одним из ключевых компонентов, определяющим эксплуатационные качества и цену электровелосипеда и любого другого электрического транспортного средства. Выбирая модель велогибрида или набора для электрификации велосипеда, важно иметь полноценное представление о технической стороне вопроса. От батареи в первую очередь зависит запас хода на одном заряде и максимальная мощность, подаваемая на электромотор. Кроме того, важным параметром для аккумулятора является вес на единицу ёмкости, ресурс батареи, время заряда, рабочая температура и безопасность.

 

 

Характеристики аккумулятора:

1. Ёмкость (Вт*ч)

2. Мощность (Вт)

3. Вес (кг)

4. Продолжительность служби (кол-во циклов)

5. Время заряда (ч, мин)

 

Рассмотрим подробно что означает каждый из параметров.

1. Ёмкость, напряжение и пробег.

Основным параметром любой батареи являетя количество запасаемой ею энергии, которе выражается в ватт-часах. Количество Вт*ч можно получить, умножив номинальное напряжение на ёмкость в ампер-часах. Приведем пример: батарея напряжением 48 вольт и ёмкостью 10 Ач будет иметь запас энергии в 480 Вт*ч (48*10). В терии это означает, что аккумулятор способен выдввать 480 Вт мощности в течение часа. На практике есть нюансы, о которых я расскажу позже.

 

От ёмкости напрямую зависит пробег на заряде батареи. Вторым фактором является скорость. В реальной жизни количество ускорений, ветер, местность, вес райдера и другие факторы влияют на дальность, однако в расчетах параметров принято исходить из среднего пробега на определенной скорости. Для 25 км/ч расход равен 10 Вт*ч/км, т.е. при ёмкости 480 Вт*ч теоретический пробег составит 48 км. Для скорости 45 км/ч расход будет в 2 раза больше, а для 60 км/ч уже в три, т.е. чем выше скорость, тем меньшее расстояние на одном заряде вы сможете преодолеть.

 

2. Мощность батареи (ватты)

Выходная мощность батареи непосредственно связана с её ёмкостью. Тип химии и качество ячеек, из которых собран аккумулятор, определяет кратность разрядного тока к её емкости и обозначается буквой С. Мощность, которую способна отдать батарея, вычисляется из емкости аккумулятора, умноженный на С. Показатель С имеет разные значения для продолжительного и кратковременного тока разряда. Большинство литий-ионных батарей выдаёт 0.5-1С при продолжительном разряде и 2-3С при пиковой нагрузке. Например, если у вас батарея 480 Вт*ч, 1-2С, то она способна выдавать продолжительную мощность 480 Вт и коротковременно 960 Вт. Существуют высокотоковые ячейки, способные 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. 

 

3. Вес и плотность энергии. Типы химии ячеек.

Вес батареи определяет плотность энергии элементов, из которых она собрана, а так же корпус и BMS. Плотность энергии выражается в соотношении емкости в Ватт-часах на килограмм веса ячейки (Вт·ч/кг). Данный показатель зависит от типа химии и может довольно сильно различаться. Значения вы можете посмотреть в таблице.

 

На данный момент наибольшим распространением пользуются литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы Li-ion, Li-NMC, Li-po из-за их высокой плотности заряда — 160-240 Вт⋅ч/кг и, соответственно, низкого веса самой батареи. Они имеют ограничения по рабочей температуре и строгие правила безопасности.

На рынке так же представлены литий-железо-фосфатные (LiFePO4) батареи, отличается продолжительным сроком службы, расширенным рабочим температурным диапазоном и повышенной безопасностью, но имеюшими заметно более низкую плотность энергии — 80-120 Вт⋅ч/кг.

Редкий вид литий-титанатные LTO аккумуляторы. Для них характерны экстремально долгий срок службы (25000-30000 циклов) и широкий диапозон рабочих температур и высокая безопасность. Имеют очень высокие показатели по токами заряда и разряда, однако плотность энергии сравнительно небольшая — 60-100 Вт⋅ч/кг. 

 

4. Долговечность батареи

Количество полных циклов заряд-разряд определяет срок жизни вашего аккумулятора. Он зависит от типа химии ячеек, их качества и условий эксплуотации. Средние значения количества циклов жизни для разных типов химии вы можете посмотреть в таблице. Параметры конкретных ячеек могут отличатся в зависимости от производителя и форм-фактора. Наиболее чувствительными к условиям эксплуотации являются литий-ионные ячейки. Для сохранения их срока жизни есть несколько важных правил:

 

1. Категорически нельзя заряжать батарею при отрицательной температуре. Не рекомендовано заряжать при температуре менее 10 С°.

2. Не оставлять батарею разряженной. При регулярном использовании рекомендовано заряжать аккумулятор если заряд менее 50%. 

3. При длительном хранении разряжать аккумулятор на 50% и следить, чтобы уровень заряда не опускался ниже 20%.

4. Избегать пиковых нагрузок при низких и высоких температурах. Оптимальная температура работы большинситва ячеек 10-40 С°.

5. Если заряжать батарею до 80%, срок жизни может быть выше заявленного, но для этого нужны специальные технические средства.

 

5. Время заряда

Время заряда батареи с одной стороны ограничено параметрами ячеек, которые задают предельное значение тока для нормального и быстрого заряда. Последний снижает срок жизни батареи. С другой стороны, время напрямую определяется мощностью зарядного устройства. Как правило батареи и техника комплектуются недорогими и маломощными зарядками. Однако если вы хотите сократить время заряда и приобретаете более мощное зарядное устройтсов, нужно свериться с параметрами ячеек, из которых собрана батарея и системы BMS, которая имеет свои ограничения на зарядный ток.

 

Тип батарей Номинал, В Плотность, Вт*ч/кг Заряд, С Разряд, С Темп. режим Цикл жизни
Li-ion / li-po 3,7 160-260 0.2-1С 2-5С -20-45 С° 500-2000
LFP / lifepo4 3,2 80-130 0.2-1С 2-5С -30-50 С° 2000-3000
LTO 2,4 60-100 3-6С 3-20С -50-60 С° 10000-25000

 

Стоимость батареи

1. Определение стоимости через ёмкость является наиболее простым способом и выражается как стоимость за кВт*ч. В общем случае литий-ионные и литий-железо-фосфатные батареи на данный момент имеют примерно равную цену за Вт*ч. Титанатные элементы выходят дороже. При этом литий-ионные батареи будут заметно легче, что и обуславливает их повсеместное распространение.
2. Если пересчитать стоимость на единицу пробега за весь срок жизни батареи или стоимость одного цикла, то ситуация будет противоположной. В этом случае на первое место выйдет титанат, потом железо-фосфат и только потом литий-ион. Однако за это придётся платить увеличенным весом аккумулятора и его ценой.

3. На стоимость батареи так же влияет необходимая выходная мощность. Высокотоковая батарея будет дороже стандартного аккумулятора такой же ёмкости т.к. она требует более качественных ячеек и BMS, рассчитаной на более высокие токи.
 
Стоит ли экономить на батарее?

Экономия на батареях обычно связана с уменьшением ёмкости и использованием дешевых ячеек малоизвестных китайских производителей. Естественно они более низкого качества. Это могут быть так же второсортные, третьесортные или бывшие в употреблении ячейки известных брендов.

Чем такая экономия может сказаться на практике? Дешевые элементы как правило имеют более низкие характеристики, а так же высокий разброс параметров элементов. Китайцы любят измерять номинальную ёмкость током 0.2 С, т.е. низкой мощностью. Такие элементы подходят для фонариков и power-банков, но если поставить их ячейки на электробайк, это приведет к сильным просадкам по напряжению под нагрузкой. Реальная ёмкость будет заметно ниже, снизится срок службы, возможен перегрев. При высоком разбросе параметров ячеек в одной параллели, какие-то из них могут износиться и выйти из строя быстрее других. Это может привести к выходу из строя всей параллели, а в отдельных случаях к короткому замыканию и пожару. Если уж решили экономить, выбирайте пожаробезопасную химию (литий-железо-фосфат).

 

Безопасность литиевых аккумуляторов

Наверняка вы что-то   слышали о пожарах, вызванных литиевыми аккумуляторами. Что можно сделать, чтобы этого избежать? Очевидный способ это использовать пожаробезопасную химию: железо-фосфат или титанат. Но что делать, если она не подходит по весу / ёмкости, или вы просто хотите купить готовую технику, в которой устанавливается только литий-ионый аккумулятор? Могу посоветовать одно: не экономить и выбирать зарекомендовавшего себя производителя. Мы в Charger bike уделяем батареям особое внимание. За годы развития мы наладили поставки элементов питания необходимого качества. Аккумуляторы для мощных байков собираются с использованием безопасной архитектуры: электромобильные ячейки большой ёмкости собираются только последовательно, без использования нескольких ячеек в одной параллели. Это исключает вариант возгорания из-за короткого замыкания внутри одной из ячеек. 

 

Купить аккумулятор для электровелосипеда

Теги: батареи, аккумуляторы, литий-ион, LiFePO4



| Электровелосипеды | Электросамокаты | Электроскутеры | Электромотоциклы | Гироскутеры | Запчасти |


Товар добавлен в корзину!