В этой статье я Вам расскажу – какие бывают аккумуляторные батареи (далее АКБ), их преимущества и недостатки, а так же разберемся, какие аккумуляторные батареи лучше всего подходят для электровелосипедов, электросамокатов и др.
В современном мире различных типов аккумуляторных батарей уже огромное множество, но далеко не все подходят для ежедневного их использования в качестве постоянного источника тока на электротранспорте.
Прежде чем приступать к видам аккумуляторов, немножко углубимся в принцип расчета емкости аккумулятора.
Большинство людей при покупке электровелосипеда, электросамоката и т.д. в первую очередь смотрят на емкость аккумуляторной батареи по параметру Ач (ампер часов). Это совершенно не верно.
Попробую объяснить почему.
Возьмем в пример АКБ электровелосипеда 48в 13Ач и 36в 15Ач
48в это напряжение самой АКБ и на таком напряжение работает вся система электровелосипеда.
На что влияет это напряжение? И что же такое Ач?
1. Напряжение влияет в первую очередь на обороты мотор-колеса. Чем выше напряжение системы, тем быстрее мотор-колесо крутится. Однако максимальная скорость зависит от многих факторов – размер колеса, сила тока, погодные условия, вес седока, обмотки мотора и т.д
2.На общее КПД (коэффициент полезного действия).
Например – мы имеет два электровелосипеда мощностью 500Вт. У одного электровелосипеда аккумуляторная батарея 36в 15Ач, а у второго 48в 13Ач.
- Для того чтобы на 36В достичь мощность 500Вт, надо снимать с батареи и вкачивать в мотор 14А тока;
- Для того чтобы на 48в достичь мощность 500Вт, надо снимать с батареи и вкачивать в мотор 10А тока.
3. Что такое емкость аккумуляторной батареи в Ач (ампер-часы) указанные на батареи? Это ток, которая эта батарея способна отдавать в течении часа. То есть, если у Вас АКБ 48в 13Ач, то производитель гарантирует, что батарея сможет отдать в течении часа всю свою емкость при токе 13А.
Чем меньшие токи мы снимаем с АКБ, тем срок службы для АКБ выше, а сама АКБ чувствует себя гораздо лучше в таких условиях.
Исходя из трех пунктов Выше можно сделать Выводы –
- АКБ 48в 13Ач намного лучше чем АКБ 36в 15Ач, так как снимаемые токи с нее меньше, 10А против 14А;
- АКБ греется меньше, а значит срок службы у АКБ будет больше;
- мотор греется меньше;
- общий расход энергии у электровелосипеда меньше, так как снимаемые токи меньше.
Самый правильный расчет энергоемкости АКБ это «Втч» (Ватт х час). Втч – это какую мощность способна отдать АКБ в течении часа в Вт.
Для этого Вам надо умножить напряжение на емкость (в х Ач).
Например:
- АКБ 48в 13Ач имеет емкость – 624 Втч – с 500Вт мотором электровелосипед проедет 1 час 15 минут на максимальной мощности;
- АКБ 36в 15Ач имеет емкость – 540 Втч с 500Вт мотором электровелосипед проедет 1 час 5 минут на максимальной мощности.
Теперь Вы наглядно видите, что смотреть лишь на «Ач» при покупке электровелосипеда, электросамоката и т.д., категорически нельзя! Рассчитывать емкость надо в «Втч», при этом анализируя все технические характеристики аппарата полностью.
Это Вас заранее убережет от дальнейших лишних вопросов к продавцу и от лишних расстройств после покупки.
Ну а теперь перейдем к видам аккумуляторных батарей.
Я не буду перечислять все существующие виды АКБ. Затронем только те АКБ, которые широко применяются в современном мире как источники питания.
1.Свинцовой-кислотные аккумуляторные батареи и гелиевые аккумуляторные батареи.
1.1. Свинцовой-кислотные аккумуляторные батареи.
Данный тип АКБ очень широко применяется:
- в автомобилях в качестве стартерной АКБ;
- в гольф-карах и погрузчиках в качестве источника тока, но там вес не так критичен и Важен;
- в источниках бесперебойного питания (ИБП). Опять же, так как ИБП стационарны, там вес совершенно не важен, стоят и стоят себе под столом.
Основные особенности данного типа АКБ и преимущества:
- способны кратковременно отдавать большие токи до 10С, но это только очень кратковременно;
- самая низкая цена;
- не требуют обслуживания, кроме очевидного факта, не разряжать ниже минимального порога;
- возможна эксплуатация зимой, в том числе и зарядка АКБ при минусовых температурах.
Основные минусы:
- самые тяжелые из всех существующих АКБ – очень низкая энергоемкость в Втч на общий вес;
- несмотря на то, что их можно эксплуатировать зимой, данные АКБ имеют свойство замерзать, что приводит к существенному падению емкости и напряжения при отрицательных температурах;
- существенное падение напряжение по мере разряда аккумуляторной батареи;
- категорически не любят быструю зарядку. Рекомендованный ток заряда не более ~0.2С*;
- токсичность при зарядке;
- маленький срок службы при постоянной эксплуатации в качестве источника тока на электротранспорте. В среднем 1-1.5 лет.
1.2. Гелевые аккумуляторные батареи.
Устройство гелевых аккумуляторов схоже со свинцово-кислотными. Но внутри электролит заключен в виде геля, что дает ему массу преимуществ на фоне классического свинца.
Я не буду вдаваться в подробности устройства гелевых АКБ, напишу лишь список преимуществ и недостатков над свинцовыми АКБ.
Особенности и преимущества над свинцово-кислотными аккумуляторным батареями:
- гелевые АКБ могут работать как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, за счет герметичного корпуса;
- опять же за счет герметичного корпуса, гелиевые АКБ не токсичны при зарядке;
- они гораздо меньше боятся перепадов температур, в том числе и отрицательные температуры;
- более высокая токоотдача за счет более низкого внутреннего сопротивления;
- более высокая устойчивость к вибрациям;
- меньше боятся глубокого разряда;
- срок службы гелевых АКБ выше в 2-3 раза в сравнении со свинцово-кислотными АКБ.
То есть 3 года они отслужить должны гарантировано (все зависит от производителя).
Основные минусы:
- самые тяжелые из всех существующих АКБ – очень низкая энергоемкость в Втч на общий вес;
- несмотря на то, что их можно эксплуатировать зимой, данные АКБ имеют свойство замерзать. Данные АКБ замерзают меньше чем свинцово-кислотные АКБ;
- существенное падение напряжение по мере разряда аккумуляторной батареи;
- категорически не любят быструю зарядку. Рекомендованный ток заряда не более ~0.2С*;
- от перезаряда могут испортится.
Выводы:
В общем могу Вам сказать лишь одно. На всех мега-бюджетных электровелосипедах стоят эти АКБ, а это сплошной ужас и мучения, так как электровелосипед весом 35 кг с ужасными техническими характеристиками - это мучения на весь срок их эксплуатации.
То же самое касается электросамокатов.
Если Вы покупаете электросамокат и планируете его хранить в гараже, на даче и т.д., то покупку такого электросамоката я допускаю.
Но таскать такую тяжесть домой, ужас - получите грыжу.
Данные АКБ можно спокойно использовать в гольф-карах, погрузчиках, экомобиликах, электроскутерах, в общем на технике ,которую не требуется таскать на себе.
Но на электровелосипеды, электросамокаты - категорически нет!
2. Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd).
Данный вид аккумуляторных батарей был изобретен достаточно давно и на текущий момент считаются морально-устаревшими. Помимо этого, они являются достаточно токсичными.
Основная сфера применения Ni-Cd АКБ это - дрели, шуруповерты, отвертки. Так же они широко применяются в авиации.
Основные особенности данного типа АКБ и преимущества:
- большой ток разряда. В зависимости от типа Ni-Cd АКБ, ток разряда может достигать 15С* (это касается современных, цилиндрических Ni-Cd АКБ);
- большой ток заряда АКБ. Ток заряда зависит от температуры окружающий среды. Самая благоприятная температура +10 - +30 градусов. При такой температуре допускается ток заряда в штатном режиме до 1С*;
- срок службы при правильной и бережной эксплуатации – более 1000 циклов;
- возможность эксплуатации при минусовых температурах;
- продолжительные сроки хранения при любой степени заряда;
- сохранения емкости при низких температурах;
- одни самых приспособленных АКБ при жестких условиях эксплуатации;
- относительно небольшая стоимость.
Основные минусы:
- низкая энергетическая плотность Втч в сравнении с другими типами АКБ;
- эффект памяти и необходимость проведения переодических работ по его устранению;
- высокая токсичность материалов, что отрицательно сказывается на экологии, в некоторых странах введено сильное ограничение по использованию этих АКБ;
- достаточно высокий саморазряд, до 25% в месяц. Если в Вашем шуруповерте стоит такой тип АКБ, не забывайте его периодически заряжать, чтобы не допустить разряд АКБ ниже минимального порога;
- относительно высокий вес.
Выводы:
Данный тип АКБ гораздо интереснее и лучше чем свинцово-кислотные и гелиевые АКБ, но из-за своего так же высокого веса и токсичности для сборки электровелосипедов и электросамокатов они так же не рекомендуются.
3. Никель-метало-гидридные аккумуляторные батареи (Ni-MH).
Данный тип аккумуляторных батарей (Ni-MH) по своей конструкции являются аналогами никель-кадмиевых аккумуляторных батарей (Ni-MH). Однако удельная емкость - аккумуляторов существенно выше - аккумуляторов.
Данный тип аккумуляторов более современный и практически полностью вытеснил - аккумуляторы с рынка.
Основная сфера применения – фотоаппараты, плееры, игрушки, автомобильный электротранспорт (например ), электроинструменты. В общем куда не глянешь, почти везде стоит данный тип АКБ.
Основные особенности данного типа АКБ и преимущества:
- большой ток разряда. В зависимости от типа Ni-Mh АКБ, ток разряда может достигать 5С*;
- срок службы при правильной и бережной эксплуатации – более 1500 циклов;
- возможность эксплуатации при минусовых температурах;
- продолжительные сроки хранения при любой степени заряда;
- сохранения емкости при низких температурах;
- низкий саморазряд;
- низкий эффект памяти.
Основные минусы:
- средняя энергетическая плотность Втч в сравнении с другими типами АКБ;
- относительно высокий вес.
4. Li-ion аккумуляторы.
А теперь настала пора перейти к самому широкому пункту нашей статьи - Li-ion аккумуляторы.
Это - тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и электромобили.
Литий-ионные аккумуляторы это целый огромный класс аккумуляторных батарей который очень сильно различается по своим электрохимическим свойствам и соответственно по потребительским качествам.
На текущий момент самыми распространенными являются: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNMC, Li-Pol аккумуляторные батареи.
Самыми главными особенностями литиевых аккумуляторных батарей является:
- все литиевые АКБ не имеют эффекта памяти;
- все литиевые АКБ обязательно требуют наличия системы контроля заряда/разряда АКБ (BMS);
- каждый тип химии литиевых АКБ имеет свою максимальную границу заряда и разряда, пресекать которые категорически нельзя. В ином случае АКБ выходит из строя из-за изменения своей химической структуры, которое может привезти да же к возгоранию;
- при соблюдении всех условий эксплуатации литиевых АКБ рекомендованных производителем, литиевые АКБ практически безопасны.
Самыми опасными являются Li-Pol химия литиевых батарей, которые требуют к себе особого внимания при эксплуатации!
4.1. Литий-кобальтовые аккумуляторные батареи LiCoO2.
Данный тип АКБ обладает высокой удельной энергоемкостью, что повлияло на их высокое применение в портативной электронике. Однако из-за низкой токоотдачи и из-за достаточно низкого срока службы данный вид аккумуляторов плохо подходит для среднего и мощного электротранспорта.
Для простеньких электровелосипедов и электросамокатов данный тип АКБ вполне подходит.
Основные особенности данного типа АКБ и преимущества:
- Очень высокая удельная энергоемкость;
Основные минусы:
- низкий срок службы (300-500 циклов);
- имеют свойство стареть (3 года);
- очень плохо переносят отрицательные температуры.
- нельзя заряжать при отрицательных температурах!
4.2. Литий-марганцевые аккумуляторные батареи LiMn2O4.
Данный тип АКБ обладает средней удельной энергоемкостью, однако имеют высокую токоотдачу (до 15С). Данные АКБ имеют высокий срок службы, а так же свою отличительную особенность – самобалансировку. Когда напряжение АКБ доходит до максимального значения, АКБ начинает выделять тепло, пытаясь не превысить пороговое значение.
Сфера применения – дорогие силовые инструменты, легкий электротранспорт.
Основные особенности данного типа АКБ и преимущества:
- эффект самобалансировки;
- высокая токоотдача;
- низкий саморазряд;
- высокий срок службы (1000 циклов или 5 лет);
- возможность эксплуатировать зимой.
Основные минусы:
- не высокая удельная энергоемкость;
- нельзя заряжать при отрицательных температурах!
4.3. Литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи LiFePo4.
Самые живучие и не убиваемые литиевые аккумуляторные батареи. Огромный срок службы, более 2000 циклов или 10 лет. Они способны отдавать самые большие токи и заряжаться так же огромными токами. Они являются самыми безопасными к возгоранию из всех литиевых АКБ. Их можно использовать по полной без всяких ограничений зимой вплоть до -30 градусов. Единственный их минус - это низкая удельная энергоемкость на кг.
Данный тип аккумулятора превосходно подходит для сборки средних и мощных электровелосипедов, электросамокатов, а так же для электромобилей и т.д.
Почти идеальный АКБ, но самый дорогой и тяжелый из всего лития.
Основные особенности данного типа АКБ и преимущества:
- очень большой срок службы (от 2000 циклов или 10 лет);
- постоянное напряжение разряда (нет резкого снижения напряжения при снижение емкости АКБ);
- способны отдавать огромные токи, до 50С;
- очень низкий саморазряд;
- стабильность;
- отлично переносят низкие температуры, эксплуатация зимой;
- возможность заряжать при отрицательных температурах следуя определенным правилам.
Основные минусы:
- низкая удельная энергоемкость;
- нестандартное максимальное напряжение;
- самая высокая стоимость из всех литиевых АКБ.
4.4. Литий-никель-марганец-кобальтовые аккумуляторные батареи Li-NMC.
Мой второй фаворит из всех существующих АКБ. Данный тип литиевых АКБ собрал в себе все достоинства обычных литий-кобальтовых АКБ и литий-железо-фосфатных АКБ - получился некий гибрид: с хорошей удельной энергоемкостью, хорошим весом, токоотдачей, сроком службы, морозоустойчивостью, стабильностью.
В данный момент Литий-никель-марганец-кобальтовые Li-NMC аккумуляторы серийно устанавливаются в автомобили – Tesla.
Li-NMC АКБ один из самых лучших претендентов среди АКБ для электровелосипедов, самокатов и вообще всего электротранспорта.
Li-NMC АКБ есть в наличии в нашем магазине.
Основные особенности данного типа АКБ и преимущества:
- большой срок службы (до 1000 циклов или 5 лет);
- высокая токоотдача;
- хорошо переносят отрицательные температуры;
- низкий саморазряд;
- химическая стабильность;
- возможность заряжать при отрицательных температурах следуя определенным правилам.
Основные минусы:
- нестандартное максимальное напряжение;
- высокая стоимость.
4.5. Литий-полимерные аккумуляторные батареи Li-Pol.
Литий-полимерный аккумулятор Li-Pol — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора.
В качестве электролита используется полимерный материал.
Обычные бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные отдавать ток, в 10 и даже 130 раз превышающий численное значение ёмкости в ампер-часах. Они широко применяются как аккумуляторы для радиоуправляемых моделей, а также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях.
Основные особенности данного типа АКБ и преимущества:
- большая удельная энергоемкость;
- низкий саморазряд;
- толщина элементов от 1 мм;
- возможность получать очень гибкие формы;
- отсутствие эффекта памяти;
- незначительный перепад напряжения по мере разряда;
- хорошо переносят отрицательные температуры;
- не высокая цена для своих характеристики.
Основные минусы:
- очень опасные аккумуляторы! В случае перезаряда или перегрева АКБ гарантировано воспламеняется. АКБ как и все литийионнаые батареи требует плату защиты BMS, но если в обычных литиионных АКБ выход платы защиты из строя может привести к порче АКБ, то в данном случае это гарантированный пожар!;
- самый низкий срок службы из всех литиевых АКБ (300-500 циклов или 2 года);
В общем крайне не рекомендую использовать данный АКБ в электротранспорте, особенно если Вы заряжаете АКБ в квартире. В США и Канаде зафиксировано уже огромное количество погорельцев из-за этих АКБ.
Основная сфера применения в данный момент этих АКБ это модельные игрушки – квадрокоптеры, вертолетики ,самолетики и др, из-за их веса и высокой токоотдачи.
Подводим итоги:
В общем, все что ниже это лично мое мнение.
Самый подходящие АКБ для электровелосипедов, электросамокатов и другого легкого мобильного электротранспорта это:
1 место – Литий-никель-марганец-кобальтовые аккумуляторные батареи Li-NMC – для средних и мощных электровелосипедов, электромотоциклов, электроскутеров и т.д.
2 место - Литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи LiFePo4 – для средних и мощных электровелосипедов, электромотоциклов, электроскутеров и т.д.
3 место - Литий-кобальтовые аккумуляторные батареи LiCoO2 – для легких электровелосипедов и электросамокатов с большим пробегом.