Аккумулятор (Аккумуляторная батарея - АКБ)
Очень важный элемент электровелосипеда. От него напрямую зависит дальность пробега. Чем больше емкость АКБ, тем длиннее расстояние, которое можно проехать на одной зарядке. Измеряется в Ампер-Часах (А/ч или Ah). Иногда на батареях пишут не Ah, а mAh - милиампер часы. 1Ah = 1000mAh.
Так, с аккумулятором 15 А/ч (соответственно 15000 mAh) и двигателем 500 Вт. примерный пробег составит 30км. Разумеется точнее сказать нельзя, потому что на дальность пробега сильно влияют и такие факторы как тип дорожного покрытия, наличие подъемов и спусков, сила ветра, давление в колесах, тип покрышек, вес велосипедиста и снаряжения, скорость, как часто велосипедист помогает педалями. Наилучшие условия для максимального пробега это невысокая скорость, прямая асфальтовая дорога, хорошо накачанные неширокие шины со спокойным рисунком, небольшой вес велосипедиста и снаряжения, помощь мотору на старте. Стартовать лучше, по возможности, на педалях, т.к. именно на старте мотор потребляет наибольший ток. Также большой ток мотор потребляет и при езде на высокой скорости. Тише едешь - дальше будешь.
Как правило аккумулятор для электровелосипеда собирают из нескольких небольших отдельных аккумуляторов исходя из того какую батарею мы хотим получить в целом.
Для начала необходимо определиться на каком напряжении мы будем ездить. Допустим мы выбрали мотор мощностью 500Вт на напряжение 48В. Оптимальной для такого мотора будет батарея 10-15 А/ч, с напряжением 48В. С параметрами батареи определились, теперь осталось выбрать тип аккумуляторов из которых мы будем ее собирать. У каждого типа есть свои достоинства и недостатки. Самый распространенный тип это:
- Свинцовые (кислотные) АКБ
Главное достоинства - самая низкая цена по сравнению с другими типами аккумуляторов. Часто используются в компьютерных бесперебойниках. Бывают на разное напряжение - 4, 6, 12, 24В. Самой разной емкости - от 1А/ч и до 100 и более - это уже стартерные автомобильные. Очень распространенные. Аккумулятор емкостью до 12А/ч можно купить почти в любом радиомагазине. Чтобы собрать батарею на 48В, можно взять 4 аккумулятора по 12В и, к примеру 12А/ч. Получится батарея 48В, 12 А/ч.
Здесь мне необходимо пояснить о том как соединять аккумуляторы, не только свинцовые, но и все другие. Есть два способа: последовательный и параллельный.
-последовательное - плюс одного аккумулятора соединяется с минусом следующего. При этом напряжения аккумуляторов складываются, но общая емкость будет оставаться неизменной, т.е. соединив последовательно 4 аккумулятора с напряжением 12В и емкостью 12 А/ч, получим напряжение 48В и общую емкость 12А/ч.
-параллельное - соединяем плюсы всех аккумуляторов с плюсами, а минусы с минусами. При таком соединении получается наоборот - емкости аккумуляторов складываются, а напряжение останется неизменным. Т.е. соединив параллельно те же 4 аккумулятора с напряжением 12В и емкостью 12 А/ч, получим напряжение 12В, но емкость 48 А/ч.
Часто применяется последовательно-параллельное соединение - т.е. сначала параллельно соединяем аккумуляторы, чтобы получить нужную емкость - это называется ячейка. Затем последовательно соединяем все ячейки, чтобы получить нужное напряжение. К примеру, если мы из тех же 12В и 12А/ч аккумуляторов хотим получить батерею 48В и 24А/ч, то сначала получаем нужную емкость сделав четыре ячейки - просто соединяем два аккумулятора параллельно - это будет одна ячейка, с емкостью 24А/ч и 12В. Затем последовательно соединяем наши 4 ячейки, и получаем батарею 24А/ч и 48В.
Кстати, абсолютно все выпускаемые аккумуляторы с напряжением выше 3В также состоят из соединенных последовательно ячек - небольших элементов. В 12 вольтовой свинцовой батарее таких элементов 6 - по 2 вольта. Хоть корпус и имеет форму параллелепипеда. Вот пример батареи не в корпусе, а в пленке, здесь наглядно видно, что батарея состоит из отдельных элементов.
Теперь вернемся к свинцовым аккумуляторам.
Еще плюс такого аккумулятора - отсутствие эффекта памяти. Т.е., это такое явление когда мы ставим на заряд не полностью разряженный аккумулятор, и в итоге его емкость после заряда будет уже не 100%, а значительно меньше. Свинцовый аккумулятор лишен этого эффекта, т.е. перед зарядкой его не обязательно разряжать полностью. Но для увеличения срока службы его все равно полезно изредка разряжать и заряжать маленьким током - током равным десятой части его емкости, т.е. для 12Ач аккумулятора этот ток равен 1,2А. Это записывается как ток, равный 0,1С. Где С - емкость аккумулятора.
Также как и многие другие типы аккумуляторов свинцовый аккумулятор чувствителен к глубокому разряду - ниже чем 1.8 В на один элемент разряжать его нельзя, т.е. это 10.8 В для 12 вольтового аккумулятора. Также аккумуляторы боятся перезаряда - более чем 2.1 В на один элемент заряжать нельзя, т.е. это 12.6 - 12.9 В для того же 12 вольтового аккумулятора.
Срок службы свинцового аккумулятора достаточно большой - 700 циклов заряд-разряд.
Примерная цена на тот же 12В и 12А/ч аккумулятор составляет около 1000р (~30$). Таким образом батарея на 48В и 12А/ч обойдется в ~4000р. если хотите ездить не спеша на 36В, то ~3000р. По сравнению с другими типами аккумуляторов это не так дорого.
Теперь основной недостаток свинцового аккумулятора. Это его вес. Для примера возьмем опять аккумулятор 12В 12А/ч. По характеристикам его вес равен 4.2кг. Т.е. наша батарея в 48В будет весить более 16кг! - больше веса велосипеда. Понятно, что возить такой багаж не очень приятно. Поэтому я перехожу к следующим типам аккумуляторов.
-Li-ion (Литий-ионные)
Аккумуляторы этого типа используются практически во всех малогабаритных электронных устройствах, например в сотовых телефонах, ноутбуках.
Основное достоинство - малый размер и вес при значительной емкости. Например, если мы соберем батарею аналогичную той свинцовой которую мы рассматривали с емкостью 12Ач, и напряжением 48В, то получим батарею весом примерно 5кг! Т.е. в три раза легче. Стоимость такой батареи примерно 250$ - 7500р. - почти в два раза дороже.
Напряжение одного элемента составляет 3.6 вольт против 2 у свинца. Сильно боится перезаряда и высокой температуры - следует заряжать до 4.2В на элемент. Также сильно боится переразряда - разряжать не ниже 2.8 вольт на элемент. В противном случае может испортиться или потерять емкость. Может заряжаться в специальном зарядном устройстве достаточно быстро- около 2 часов. Против 8 - 16 у свинца.
Отсутствует эффект памяти.
Можно эксплуатировать при отрицательной температуре до -20С. (как и свинцовый). Но имейте ввиду, что при этом он сможет отдать только часть своей емкости - до 50%.
Количество циклов заряд-разряд до 500.
Но основной недостаток литий - ионных аккумуляторов это быстрое старение, вплоть до полной непригодности. Даже если он не используется, а просто хранится. он уже через 2 года значительно теряет в емкости
Еще недостаток литий-ионных аккумулятор - неочень большой ток разряда - до 3С. Т.е. нашу батарею емкостью 12А/ч не следует разряжать током в 36 ампер, иначе она может выйти из строя или, даже, воспламениться.
Такой ток потребляют моторы мощностью выше 1000Вт. А также моторы меньшей мощности на старте, т.е. под большой нагрузкой.
Следующий тип аккумуляторов - литий полимерные.
-Li-Po (Литий полимерные)
Обладает таким же малым весом и большой емкостью как литий-ионный. Но способен держать большие токи до 20С. И не подвержен такому быстрому старению. Однако эксплуатировать возможно лишь при плюсовой температуре - не ниже +5 градусов. При меньшей температуре происходит значительная потеря емкости.
Еще минус - необходимо внимательно следить за процессом заряда и разряда. При перезаряде свыше 4.2 В на элемент могут запросто взорваться, а при разряде ниже чем 3 В выйти из строя совсем.
Цикл заряд-разряд примерно равен 400.
Цена такая же как и на литий-ионные аккумуляторы.
И, наконец:
-LiFePo4 (Литий-железо-фосфатные)
На мой взгляд это лучшее, что есть на сегодня. Этот тип аккумуляторов работоспособен при температуре до -30С. Держит огромные токи разряда и заряда, поэтому длительность зарядки может составлять всего 15 минут! Правда, при этом сильно сокращается срок службы, но зато который составляет до 2000 циклов!
Как и любой аккумулятор боится перезаряда (правда не взрывается, а просто портится) - выше 3.65 В на ячейку. И переразряда - ниже 2.5 В на ячейку.
Цена, примерно, в 3,5 раза выше чем на свинцовый аккумулятор, и, примерно в 1,5 на литий-ионный (полимерный).
В полтора- два раза легче свинца - по сравнению с литий-ионными и литий полимерными, конечно немного тяжеловат.
Еще стоит упомянуть два других типа аккумуляторов - это никель-кадмиевые и никель-металлогидридные.
-NiCd, NiMh (Никель-кадмиевые, никель-металлгидридные).
К сожалению, в последнее время стали не популярны из-за резко подскочившей цены. Сравнявшись по стоимости с литиевыми аккумуляторами, они все же уступают им по некоторым параметрам.
Во-первых, они обладают эффектом памяти. Это значит, что их всегда следует полностью разряжать перед каждой зарядкой. Правда это только у NiCd. NiMh этим эфектом не обладают. Зато NiMh не так долговечны.
Далее, у них всего лишь 1.2 В на элемент, это значит, что для того чтобы получить батарею на 48 В, нам потребуется соединить последовательно 40 ячеек. В то время как литиевых 12-14. Понятно, что чем меньше элементов, тем батарея более надежная.
И еще - при разряде током более 1С, напряжение на батарее начинает сильно падать, это значит, что энергия в батарее еще есть, но достать ее становится сложнее.
Из плюсов - работоспособны до -40С градусов. Могут отдавать большие токи. Долговечны - цикл заряд-разряд до 1500. У NiMh - 400.
Конечно, существует еще несколько видов аккумуляторов. Но практически их мало кто сейчас использует, т.к. приведенные выше аккумуляторы обладают наибольшими преимуществами или в плане цены, или распространенности, или эксплуатационных свойств.
Общий итог, на мой взгляд таков - берите LiFePo4. Не прогадаете в любом случае - за счет большого срока службы они переживут не один комплект свинцовых и литевых аккумуляторов. И в конечном счете сравняются по цене. При этом обладая такими плюсами как надежность, быстрая зарядка и небольшой вес.
Ну а если на первом месте для вас минимальный вес и максимальный пробег, то можно взять литий-полимерный или литий-ионный, но учтите, литий-полимер работает при плюсовой температуре, и очень требователен к контролю зарядки. А литий-ион быстро стареет, и не держит токи больше 3С - поэтому батарея должна быть достаточно большой емкости.
