Idź Pedelec!

AustriaNiemcyRepublika CzeskaWęgryWłochyHolandia
  • Zwiększ rozmiar czcionki
  • Domyślny rozmiar czcionki
  • Zmniejsz rozmiar czcionki
Ten tekst pochodzi dosłownie z ETRA dla projektu PRESTO, Przewodnik po rowerach elektrycznych, WP2 dostarczalny 2.3, str. 41–43 i można je również pobrać ze strony: www.presto-cycling.eu

Rodzaje baterii

Uszczelniony akumulator kwasowo-ołowiowy (VRLA - Value Regulated Lead Acid) jest obecnie dominującym akumulatorem stosowanym w rowerach elektrycznych w Chinach, gdzie nacisk kładziony jest na niski koszt. Rowery elektryczne wyprodukowane w Chinach na rynek eksportowy są jednak w większości wyposażone w akumulatory litowo-jonowe (Li-ion), aw niektórych przypadkach akumulatory niklowo-wodorkowe (NiMH), które są zarówno lżejsze, jak i działają do 2000 cykli ładowania. Bateria niklowo-metalowo-wodorkowa (NiMH) jest również używana w Chinach i około połowie pedeleków sprzedawanych w Unii Europejskiej. Ich wydajność jest jednak znacznie zmniejszona w niskich temperaturach i muszą być regularnie całkowicie rozładowywane, aby zmaksymalizować żywotność baterii.

Druga połowa pedeleków w Europie jest wyposażona w akumulator litowo-jonowy. Większość wcześniejszych problemów związanych z bezpieczeństwem w odniesieniu do akumulatorów litowo-jonowych, które stawiają znak zapytania nad ich przydatnością do zastosowań w rowerach elektrycznych, zostały w większości rozwiązane. Akumulatory litowo-jonowe mają wąskie i zdefiniowane „okno” działania, jeśli ogniwo lub paczka odejdzie poza to okno operacyjne, mogą wejść w niestabilny stan operacyjny. Dlatego akumulatory litowo-jonowe wszystkich typów muszą być wyposażone w odpowiedni system zarządzania akumulatorami (BMS), aby utrzymać parametry ogniwa i / lub pakietu (napięcie, prąd, temperatura) w jego oknie stabilności. Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów ogniw litowo-jonowych. Jednak w tych ramach

Baterie litowo-jonowe

Najczęstszym ogniwem litowo-jonowym na rynku jest tlenek litowo-manganowo-kobaltowy (Li-NMC) o napięciu nominalnym 3,6 V na ogniwo. To ogniwo oferuje dobrą moc mieszanki do energii. Ogniwa Li-NMC działają dobrze w niskich temperaturach i ogólnie mają dobre wyniki w zakresie bezpieczeństwa. Najbardziej powszechnym typem ogniwa jest konstrukcja 18650, która jest produkowana w skali setek milionów rocznie, przy niskich kosztach i wysokiej jakości produkcji.

Drugim najczęściej produkowanym typem ogniwa litowo-jonowego na rynku jest ogniwo litowo-polimerowe (Li-Po) o napięciu nominalnym od 3,3 do 3,6 V na ogniwo. Ten typ może składać się z wielu chemii. Ten typ ogniw oferuje znaczące zalety w projektowaniu / formie opakowań oraz w zastosowaniach o dużej mocy. Jednak często ma to wadę polegającą na ograniczonej dostępności i wysokich kosztach z powodu ograniczonej produkcji. Można go uznać za specjalistyczną baterię.

Trzecim konkurentem dla najpopularniejszego typu ogniw litowo-jonowych do zastosowań w rowerach elektrycznych jest fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4 lub LFE) o napięciu nominalnym 3,3 V na ogniwo. Ten typ ogniw jest uważany za najbezpieczniejszy z rodziny Li-ion. Wykazuje znaczną stabilność elektryczną i termiczną, jeśli ogniwo odbiega od swojego normalnego okna operacyjnego. Jednak obecnie w porównaniu z typami ogniw Li-NMC i litowo-polimerowych ogniwa LFE mają znacznie niższe napięcie nominalne, gęstość energii i wyższe koszty produkcji.

Niezależnie od typu ogniwa, wszystkie ogniwa litowo-jonowe wymagają minimalnego poziomu zarządzania elektronicznego i zarządzania bezpieczeństwem ładowarki. Odpowiedzialność za wdrożenie elektronicznych środków bezpieczeństwa i certyfikacji ogniw / paczek spoczywa na producencie rowerów elektrycznych, a nie na producentach ogniw.

Możliwość przechowywania baterii

Baterie do pedeleków są obecnie zwykle produkowane przy napięciu 24 V, 36 V, z kilkoma wyjątkami 48 V, podczas gdy większość chińskich rowerów elektrycznych działa przy 12 V (akumulatory kwasowo-ołowiowe). Akumulatory są oceniane w dwóch formach: pojemność znamionowa Ah (amperogodziny) i / lub moc znamionowa Wh (watogodziny).

Elektryczna „moc znamionowa” w watach wytwarzana przez akumulator jest iloczynem napięcia akumulatora i amperów wpływających do silnika, do którego akumulator jest podłączony. Pomnożenie napięcia nominalnego akumulatora przez wartość znamionową Ah akumulatora daje liczbę znamionowych watogodzin (Wh = Vnom x Ah np. Nominalne 24 V x znamionowe 10 Ah = 240 Wh), jest to jednostka zdolności akumulatora do magazynowania energii.

Główną różnicą między akumulatorami ołowiowo-kwasowymi, NiMH i akumulatorami litowo-jonowymi jest zdolność do przechowywania mierzona w watach energii na jednostkę masy (Wh / kg). Wh / kg dla kwasu ołowiowego wynosi około 30, dla NiMH około 90 i Li-ion około 120 lub więcej. Zatem przy tej samej wadze litowo-jonowy będzie miał około czterokrotnie więcej energii niż akumulator ołowiowo-kwasowy, co oznacza, że ​​pedelec będzie podróżował cztery razy dalej z akumulatorem litowo-jonowym. Li-ion miałby również mniejszą objętość.

Ile energii powinien przenosić akumulator Pedelec? Przeciętny „zdrowy” rowerzysta może pedałować z mechanicznym wysiłkiem około 100 watów przy prędkości 15 km / h. Jeśli więc chcesz jeździć 2 godziny z akumulatorem, będziesz potrzebował 200 wat energii, aby utrzymać prędkość 15 km / h z napędem akumulatorowo-silnikowym. W rzeczywistości zajmie to więcej energii baterii, ponieważ w systemie są do pokonania straty.

Większość pedeleków ma pojemność energetyczną akumulatora (watogodzin / kilogram) od 250 watogodzin (głównie Chiny) do 800 watogodzin lub więcej dla pedeleków w Europie i Ameryce Północnej. Zasięg będzie się różnić w zależności od masy rowerzysty, terenu, prędkości, wieku akumulatora i tego, jak agresywny jeździec używa pedelek. Wiarygodni producenci podają wartości od 40 do 60 km (systemy 36 V - 500 Wh). Niektóre pedeleki są standardowo wyposażone w zapasowy akumulator, który podwaja zasięg pojazdu.

Koszt baterii

Koszt jest kolejnym ważnym elementem dla akumulatorów i jest ogólnie określany jako EUR / Wh, koszt w EUR na jednostkę energii lub znamionowy Wh. Akumulatory kwasowo-ołowiowe są obecnie wyceniane na około 30 € / kWh, NiMH i litowo-jonowy na około 300 do 600 € / kWh, co stanowi współczynnik dwudziestu różnic. To tłumaczy dużą różnicę w cenie między rowerami elektrycznymi z kwasowo-ołowiowym a tymi, które używają NiMH lub Li-ion. Oczekuje się, że cena akumulatorów litowo-jonowych spadnie wraz z produkcją większej liczby akumulatorów litowo-jonowych do pojazdów czterokołowych i lekkich pojazdów elektrycznych.

Producenci zastosują większą automatyzację na wszystkich poziomach materiałów i produkcji ogniw, co zapewni wysokiej jakości, niezawodne i tańsze akumulatory. Wymiana baterii kosztowałaby od dwóch do trzech razy więcej niż wyżej wymienione ceny; które obejmowałyby koszty wytworzenia, dystrybucji i wysyłki akumulatorów. Co więcej, jest mało prawdopodobne, aby koszt EUR / Wh akumulatorów litowo-jonowych kiedykolwiek wyrównał się lub spadł poniżej kosztu akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Wynika to głównie z wewnętrznych wymagań projektowych akumulatorów litowo-jonowych, tj. BMS, złożoności produkcji ogniw i pozyskiwania surowców… Koszty te nie występują ani nie są istotne w przypadku systemów opartych na kwasie ołowiowym. Najbardziej realistyczny długoterminowy docelowy koszt w EUR / Wh dla systemów litowo-jonowych jest bliższy 200 - 250 EUR / Wh.

Ponieważ pedelek jest zwykle kontrolowany za pomocą czujnika momentu obrotowego, istotnym czynnikiem jest również zaawansowanie oprogramowania w sterowniku. Uwaga: wyższe napięcia pozwalają silnikowi pracować z większym momentem obrotowym i przy wyższych obrotach. Prowadzi to do większej liczby ogniw baterii. W związku z tym istnieje kompromis między kosztem a wydajnością. Systemy o wyższym napięciu wymagają droższej baterii, ale zapewniają znacznie lepszą wydajność (wyższy współczynnik zabawy).

Ładowanie

Większość pedeleków ma wskaźnik stanu naładowania akumulatora, który informuje kierowcę, kiedy akumulator wymaga naładowania. Nazywa się to miernikiem „stanu naładowania” (SOC). Ponieważ znaczna większość wypadków z akumulatorem ma miejsce podczas procedury ładowania. Konieczne jest użycie dedykowanej ładowarki, która jest zarówno elektrycznie, jak i mechanicznie zakodowana dla określonego akumulatora w rowerze elektrycznym, tj. Dwukierunkowa ładowarka do komunikacji z akumulatorem, przy wymianie istotnych parametrów akumulatora: (1) identyfikator akumulatora, (2) nominalne napięcie akumulatora, (3) napięcie końcowe ładowania, (5) maksymalna dopuszczalna pojemność ładowania w Ah, (6) limit czasu ładowania. Jeśli jeden lub wszystkie z tych parametrów nie zostaną spełnione, procedura ładowania nie rozpocznie się.

Korzystanie z niewłaściwej ładowarki może mieć kilka konsekwencji. Akumulator może cierpieć z powodu przeładowania i przegrzania, co może spowodować zamknięcie systemu zarządzania akumulatorem, być może na stałe. Lub w sprzętowym przepaleniu bezpiecznika Žfire¡. Lub w uszkodzeniu ogniw, co spowoduje rozładowanie baterii. Lub w akumulatorze, który nigdy nie osiąga pełnego naładowania, lub w subtelnych uszkodzeniach ogniw, które zmniejszają zasięg i wydajność. W skrajnych przypadkach niewłaściwa ładowarka może spowodować pożar lub wybuch. W UE podejmowane są działania na rzecz standaryzacji ładowarek i złączy. Więcej informacji na ten temat można znaleźć na stronie www.energybus.com. Przydatne ładowanie akumulatora jest na ogół zaprogramowane do pracy w zakresie od 20% do 90% SOC. Tak więc, gdy SOC spadnie poniżej znaku 20%, wskaźnik baterii pokaże potrzebę naładowania.

Lokalizacja baterii

Lokalizacja baterii jest ważnym problemem związanym ze stylem i bezpieczeństwem. W przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych ich duża waga wymaga położenia możliwie jak najniżej, aby zapewnić bezpieczne położenie środka ciężkości. Ogniwa litowo-jonowe są dość lekkie, dzięki czemu można je montować pod półkami bagażowymi, wewnątrz rur ramy lub w innych miejscach. Najpopularniejsze obecnie miejsca w UE znajdują się w plastikowym pudełku pod tylnym bagażnikiem lub w głównej dolnej rurze roweru.
Żywotność baterii

Żywotność akumulatora roweru elektrycznego można wyrazić w wielu pełnych cyklach rozładowania. Rzeczywista żywotność akumulatorów ołowiowych wynosi około 200 cykli. Żywotność akumulatorów NiMH i akumulatorów litowo-jonowych wynosi 500 pełnych cykli. Oprócz żywotności wyrażonej w cyklach, bateria ma również ograniczoną żywotność w czasie bezwzględnym. Zazwyczaj starzenie się akumulatora staje się coraz bardziej zauważalne po około pięciu latach, ponieważ użyteczna pojemność energetyczna zaczyna znacznie spadać (poniżej 80% pojemności znamionowej), a samorozładowanie akumulatora wzrasta.

Źródło: ETRA dla projektu PRESTO, dokument WP2 2.3, s. 1. 41–43