Аккумулятор электровелосипеда. Основные характеристики и типы

akkum-300x288

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).

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.

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.

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 лиферК 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.

 

Комментировать