Типы аккумуляторов для электровелосипедов
Современный аккумулятор электровелосипеда представляет собой набор литий–ионных (Li-ion) или литий-железофосфатных (LiFePo4) элементов и платы управления батареей (БМС). БМС следит за равномерностью заряда батарей и параметрами зарядки/разрядки, защищает от коротких замыканий. Кроме того существуют устаревшие типы АКБ, применяемые в электротранспорте.
Напряжение АКБ напрямую влияет на частоту вращения (скорость). Произведение Напряжения*Ёмкость - на дальность езды.
Достоинства свинцовых (гелевых) аккумуляторов:
- самые дешевые, по сравнению с другими АКБ.
- возможна эксплуатация при небольших отрицательных температурах, но с потерей ёмкости АКБ.
Недостатки свинцовых (гелевых) аккумуляторов:
- тяжёлые (низкая удельная емкость),
- медленный режим заряда (8-10 ч),
- низкая постоянная мощность отдачи (порядка 500Вт для 48В-10Ач),
- малое количество циклов (150-200).
Достоинства литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов:
- они наиболее легкие и ёмкие,
- имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч\кг),
Недостатки литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов:
- температурный режим эксплуатации ограничен от 0 до +40 градусов Цельсия,
- невозможность быстрой зарядки,
- низкая постоянная мощность отдачи (порядка 500Вт для 48В-10Ач),
- высокое внутреннее сопротивление, что не дает возможности эксплуатировать такие батареи с мощными моторами, более 750Вт.,
- количество циклов заряд-разряд составляет в среднем 300-400,
- при неблагоприятном стечении обстоятельств (короткое замыкание, при вышедшей из строя БМС) есть риск возгорания.
Достоинства литий-железо-фосфатных (LiFePo4) аккумуляторов:
- Самое главное достоинство -это большой срок службы: более 2000 циклов (на призматических элементах в железном корпусе), но в пакетах имеют срок службы 200-400 циклов, т.к. они взбухают и рвутся по швам.
- может эксплуатироваться на морозе до -20 градусов,
- доступен быстрый заряд за 45 мин (при наличии соответствующего зарядного устройства и платы управления батареей (БМС)),
- высокая постоянная мощность отдачи (порядка 1500Вт для 48В-10Ач), подходит для мощных моторов, выдавая большую постоянную и мгновенную мощность,
- пожаробезопасны, не горючи.
Недостатки литий-железо-фосфатных (LiFePo4) аккумуляторов:
- более низкая удельная ёмкость, чем у литий-ионных аккумуляторов (на 30% выше вес при той же ёмкости).
- дороже всех остальных АКБ (но удельная цена эксплуатации самая низкая).
Отдельно следует упомянуть о вариантах Литий-полимерных батарей (LiPo), выпускаемых в мягких корпусах (так называемые "липоли", "котлеты", "пакеты"). Данный тип корпуса батарей не рассчитан на эксплуатацию в условиях электровелосипеда, так как очень боится ударов и вибрации во время работы, а так же требует специальных контейнеров, поддерживающих их форму.
Они предназначены для эксплуатации в электроавтомобилях, где таких вибраций нет. Очень часто использует в авиамоделях, где важен вес.
В связи с чем их срок службы будет, как правило, существенно ниже заявленного, при сопоставимой цене с элементами в твердой оболочке. В связи с этим данные виды литиевых батарей в отличие от других производителей мы не используем.
Достоинства Литий-полимерных (LiPo) аккумуляторов:
- они самые легкие и ёмкие,
- возможность быстрой зарядки,
- имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч\кг),
- самая высокая постоянная мощность отдачи (порядка 2400Вт для 48В-10Ач),
Недостатки литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов:
- Самые опасные в плане возгорания! При неблагоприятном стечении обстоятельств (короткое замыкание, при вышедшей из строя БМС, разрыв пакетов, авария) есть большой риск возгорания.
- температурный режим эксплуатации ограничен от 0 до +40 градусов Цельсия,
- количество циклов заряд-разряд составляет в среднем 400-500 (чаще всего пакеты расходяться по швам)
Эксплуатация аккумуляторной батареи
Li-ion (литий - ионную) батарею можно эксплуатировать при температуре воздуха от 0 до +35С. При отрицательных температурах такие батареи быстро деградируют. Хранение осуществляется от -20 до +50 градусов с зарядом 50% от номинала. Срок службы такой батареи составляет в среднем 3 года..
LiFePO4 (литий – железофосфатную) можно эксплуатировать на разряд и хранить от -20 до +50С,
Заряжать от 0 до +50С. Хранение литий-железофосфатной батареи рекомендуется при 70% заряда. Срок службы такой батареи составляет 8 лет.
Свинцовые аккумуляторы (AGM, GEL)
Некоторые производители электровелосипедов до сих пор для удешевления конструкции применяют устаревшие свинцовые аккумуляторы (гелевые, жидкостные, рулонные), изначально разработанные для источников бесперебойного питания. Их эксплуатация в составе электровелосипеда, как правило, происходит за пределами рекомендуемых производителями этих батарей режимов, что приводит к быстрой деградации. К тому же, свинцовые гелевые аккумуляторы имеют значительный вес - в 2 раза тяжелее, по сравнению с более современными литиевыми батареями, а так же более длительное время зарядки.
Литий-ионные (Li-ion) и Литий Полимерные (LiPO) батареи могут быть очень опасны!
Как правило заряд и разряд этих батарей контролирует специальный контроллер (BMS), который следит за параметрами, чтобы они не выходили за допустимые пределы. Но иногда он выходит из строя,и тогда параметры очень быстро, иногда даже в течение 2-3 циклов выйдут за область допустимых режимов элементов.
Вот что случается при перезаряде банки до 4,6В, которая обычно заряжается под контролем БМС до 4,2В. Тест проводился зимой и только на одной ячейке:
В батарее электровелосипеда их может стоять от 12 до 20-40 штук. Возгорание такого количества литий-ионных и полимерных батарей представляет очень большую опасность!
Температура горения литиевых АКБ достигает 3000С. Для справки: сталь плавится при температуре всего 1500С, бетон плавится при 600С. При возгорании литиевых АКБ ни в коем случае не тушить водой, т.к. происходит химическая реакция лития с водой, вызывая усиление горения. Лучше засыпать песком или накрыть плотной тканью для прекращения доступа кислорода.
Вот еще один пример, электросамокат хранился в гараже и произошло самопроизвольное возгорание батареи, едва не сгорел весь гаражный кооператив:
Аналогичные тесты были проведены за границей на липолях (LiPO):
Li-ion батареи могут возгореться не только от перезаряда, но и от механических повреждений (при падении велосипеда, аварии):
Видео горения липолей (LiPO) на электровелосипеде в одной из веломастерских:
Фото сгоревшего электровелосипеда из-за неисправности BMS:
Так что покупая Литий-ионные батареи и Li-PO, не забудьте на всякий случай застраховать свою квартиру\дачу, где будет храниться и заряжаться такая АКБ.
Какая будет потребляемая мощность АКБ, в зависимости от веса, скорости, Вы можете самостоятельно посчитать в Калькуляторе здесь, понять требуемый тип АКБ (по выдаваемой мощности) и оценить необходимую ёмкость батареи.