Акб 36 вольт минимальное напряжение

Батарея для электровелосипеда. Почему 36 вольт оптимальное напряжение

Продолжаем ряд статей на тему электровелосипедов и сегодня я вам расскажу, почему, с моей точки зрения, построение велосипеда на батарее 36 вольт есть оптимальным вариантом

Не смотря на мою любовь публиковать посты на разнообразные темы не дублируя одно и то же, сегодня я бы хотел вам снова рассказать о батарее для электровелосипеда, но не с точки зрения ее стороннего применения, а в плане наиболее универсальной для построения персонального электротранспорта. В любом электротранспорте всегда есть два основных вопроса — какой мощности будет мотор (какая скорость и тяга будут у него) и на сколько будет хватать батареи. Какой вариант является оптимальным? Давайте с этого и начнем.

За счет различных условий поездки (отличающийся рельеф, наличие встречного/попутного ветра, вес ездока, диаметр колес, скорость езды и т.д.) на одном и том же комплекте мотор-аккумулятор мы можем получить кардинально отличающиеся результаты. Исходя из этого вся информация касательно таких параметров как «скорость» и «пробег» в описании любого электро-транспорта есть скорее некой условностью, нежели реальными значениями. Что же нам предлагают на рынке?

Европейские велосипеды с «ассистентом»

Наиболее доступным вариантом для обывателя являются б/у велосипеды из Европы, которые стоят в районе 250-400 у.е. и выше, позволяющие с комфортом передвигаться по обычным дорогам с возможностью поехать на речку, в лес или же в гости в соседнее село (город?) при этом доехать с комфортом не взирая на меняющийся рельеф и достаточно дальний путь. Чаще всего такие велосипеды оснащаются моторами мощностью 250 Вт, а аккумулятор имеет напряжение в 24 вольта и от 7 до 8 ампер емкости. Не смотря на достаточно скромные параметры аккумулятора, весомым аргументом здесь является вес комплекта, который лишь слегка утяжеляет езду на велосипеде, что естественно нивелируется электротягой. По заверениям производителей такие велосипеды способны преодолеть до 100-150 км на одном заряде батарей что не мудрено, ведь мотор будет включаться автоматически когда будет видеть, что вы крутите педали с нагрузкой. Электроника будет включать мотор и он вам будет слегка помогать, тем самым у вас будет ощущение что даже при езде под горку у вас открылось «второе дыхание» и велосипед едет сам.

Ограничений у этих велосипедов есть несколько — главное из них это скорость в районе 25 км/ч. Что любопытно — такой же скоростной лимит имеют горные велосипеды фирмы Haibike, которые стоят достаточно дурных денег. Дело в том что в Европе разрешенной скоростью движения на велосипеде являются как раз таки эти самые 25 км/ч, исходя из чего вся скорость, которую вы желаете развить выше — будет развиваться только благодаря вашей собственной мускульной силе. В Америке данная норма чуть выше и, если не ошибаюсь, там ограничена непосредственно мощность мотора — 750 Вт, но Америка от нас далеко, а вот евро-велосипедов у нас валом.

Второе ограничение заключается в том, что ассистент используется только при кручении педалей и за пределами этого ваш велосипед ничем не отличается от обычного и не едет по нажатию на кнопочку «газа». Ее в таких велосипедах попросту нет.

Условным ограничением я бы назвал еще некую замкнутость системы — когда мне захотелось взять достаточно дешевую версию электровелосипеда, известную как Yamaha Pas (стоимость была около 150 у.е.) столкнулся с тем, что там установлена никель-кадмиевая батарея, которую на литий заменить будет либо сложно либо вовсе невозможно. Любой иной «брендовый» электровелосипед также, скорее всего, будет иметь некоторую «особенную» электронику и далеко не факт, что вы сможете при желании отремонтировать такой транспорт.

Если вас не устраивают такие ограничения, следует взглянуть на следующую категорию велосипедов — самострои на основе 36-вольтовых батарей и 350-500 Вт моторов.

Самосбор обыкновенный

Не смотря на то, что на украинском рынке есть велосипеды вроде той же линейки Vega Happy, где моторы на 36-48 вольт, в основном следующей категорией идут обособленно самосборы. Я езжу именно на таком варианте, поэтому плюс-минус могу рассказать об особенностях и возможностях.

Конструкция электровелосипедов на 36-вольтовых комплектах, с моей точки зрения, является наиболее оптимальной для большинства случаев и на то есть несколько причин, которые исходят из сути того, для чего люди вообще покупают электровелосипеды. Чаще всего такой транспорт берут те, кому нужно с комфортом добираться на достаточно большие для обычного велосипедиста расстояния (до 50 км), но кто по тем или иным причинам не хочет связываться с мопедами (не имение прав или нежелание колупать двигатель, либо же отсутствие гаража куда можно завезти бензо-транспорт).

В населенном пункте в Украине скорость передвижения ограничивается 50 км/ч. Для примера, мне удавалось ехать с уклона на 26″ горном велосипеде с максимальной скоростью в 40 км/ч. На шоссейном велосипеде говорят, что можно развить до 45 км/ч по ровной дороге и хорошему покрытию. Некая компания, продающая мотор-колеса и комплектующие, заявляет, что скорость, которую может развить их мотор мощностью 600 Вт и с напряжением 36 вольт составляет 45 км/ч на 26-28″ колесе, что весьма и весьма близко к реальности. То есть вы будете иметь скорость сравнимую с мопедной и меньшей лишь на 5 км/ч от максимально разрешенной. Но что такое 45 км/ч на обычном велосипеде? С моей точки зрения это максимальная комфортная скорость, с которой вообще следует передвигаться на подобном транспорте. Многие люди, собирая себе электровелосипед, не задумываются над качеством компонентов и ездят на дешевой резине с дешевыми ободами и имеют шанс в самый неподходящий момент пробить колесо (у мопеда, для сравнения, колесо выдерживает значительно большую нагрузку, чем обычное велосипедное) и травмироваться.

Если верхом 250-ваттных колес является скорость в 25-27 км/ч, то у 350-600-ваттных моторов она составляет свыше 40 км/ч, что позволит вам (с учетом что вы велосипедист, а значит свободные от трафика велодорожки и парки — наше все) с комфортом быстро и легко добраться до интересующего вас места. Но что же с батареей и дальностью поездки?

У электротранспорта есть золотое правило, действующее в буквальном смысле — тише едешь — дальше будешь. Чем меньше ваша скорость, тем меньше расход у батареи и тем дальше вам хватит ее заряда. В реалиях трехколесного велосипеда, мотора мощностью 400 Вт/36 вольт и батареи емкостью 10.6 А/ч нам удалось получить около 60 км пробега с тем, что электричество использовалось в основном для помощи при езде в гору. Мало? Возможно. Но дело в том, что в нашем режиме велосипед использовался не с системой PAS (ассистентом), а с ручкой газа, следовательно затраты батареи могли превышать те, которые можно получить при использовании системы с ассистентом. Также следует учитывать что на двухколесном транспорте затраты батареи были бы ниже, так как трехколесный велосипед имеет свой собственный вес в 1.5-2 раза больший, чем у обычного велосипеда.

Батареи в 36 вольт и емкостью 10 А/ч вам всегда хватит на комфортное передвижение в пределах города, при этом она будет иметь некий баланс между весом (у батареи 36 вольт вес 2 кг, у той же батареи на 48 вольт вес будет уже 2.5 кг) и возможностями (в наших реалиях мы не встречали какой-либо крутой горы, на которую велосипед с помощью мотора и педалей не смог бы без особых усилий для ездока подняться). При желании покататься с ветерком по лесным тропам у вас всегда будет запас скорости в минус расстоянию езды, но это все условно и сейчас я объясню почему.

Дело в том, что кроме веса, разница в цене между данными аккумуляторами в Украине составляет около 45 у.е. Это не много, согласен, но это уже есть неким аргументом с точки зрения экономичности езды. Когда я покупал свои аккумуляторы с Ебея, они мне стоили (новые) в районе 100 у.е. (в Украине без бокса аккумулятор стоит 150 у.е., но не исключаю что он чуть качественней, хотя..). За эту цену я могу привезти себе аккумулятор без растаможивания (лимит на текущий момент 100 евро), использовать его, в дальнейшем, когда емкость сильно упадет или же с аккумулятором что-то случится, продать на комплектующие (бокс и батареи покроют примерно половину изначальной стоимости). В случае с батареей на 48 вольт ее стоимость у нас дороже и дороже на Ебее, следовательно помимо самой цены батареи будет дополнительная оплата растаможивания, вместо чего я бы скорее предпочел доплатив, взять еще одну запасную батарею, тем самым увеличив пробег электровелосипеда в 2 раза.

Велоцикл

Давайте называть вещи своими именами. Если велосипед едет быстрее мопеда, его невозможно считать велосипедом как таковым (некоторые на своих электровелосипедах с мощными моторами даже убирают педали — чтобы «не позориться»), а значит это уже своего рода велоцикл.

Не смотря на наличие переходных моделей мощностью 600-1000 Вт, чаще всего на велосипеды с батареями в 48 вольт ставят моторы мощностью 1000-1500 Вт и выше. Это не предел, так как есть и значительно более мощные моторы, но в этой статье я не стану их рассматривать, так как даже с 1 кВт мотором максимальная скорость электровелосипеда на батарее 48 вольт составит около 56 км/ч, что сделает возможным езду только за пределами города (либо в лесу, по полям). Вам стоит рассказывать, что будет с велосипедистом, который не факт что будет ехать в шлеме, если он вылетит через руль без защитной экипировки (которая свойственна мотоциклистам) на скорости в 50+ км/ч?

Я ничего не имею против тех, кто конструирует такие электровелосипеды, ездит на них и видит в этом смысл, но для большинства людей такие скорости не нужны, а скорость это то немногое, что вам даст мотор, который питается от 48-вольтовой батареи. Каких-либо, опять же, преимуществ при использовании мотора обычной мощности (450-600 Вт) вы не ощутите, разве что более быстрый набор скорости, да и то не факт (и при использовании мотора прямого привода, а не редукторного)

Главные тезисы статьи состоят в том, что для обычной езды вам будет достаточно и 250-ваттного мотора с ассистентом, использующим в виде «топлива» батарею на 24 вольт (36 вольт для 250 Вт тоже есть, но не имеют особого смысла). Если вам требуется перевозить какие-либо грузы то лучше всего себя в этом проявит тяговитый редукторный мотор мощностью 350-600 Ватт питающийся от батареи в 36 вольт. Если же вам требуется скорость — стоит смотреть в сторону моторов с мощностью в 1-1.5 кВт, которые работают на напряжении от 48 вольт и выше.

По своей цене/универсальности/возможностям именно велосипеды, построенные на 36-вольтовой платформе, позволят вам использовать велосипед (в том числе трехколесный) как полноценного помощника для доставки себя и грузов на весьма немалые расстояния. Именно поэтому все три наших электровелосипеда будут ездить на аккумуляторах данного напряжения.

Источник

Какое напряжение Li-ion аккумулятора лучше

Статья обновлена: 2021-10-14

При выборе Li-ion аккумуляторов учитываются разные характеристики: типоразмер, наличие защиты, бренд, циклический ресурс, допустимые токи заряда и разряда. Но главную роль играют 2 параметра – емкость и номинальное напряжение. У большинства литий-ионных элементов номинальное напряжение равно 3,6 или 3,7 В.

Но встречаются и ячейки с отличающимся вольтажом. Например, элементы питания на основе литий-железо-фосфата (LiFePO4) имеют номинальное напряжение 3,2 вольта. Встречаются в продаже и литий-ионные ячейки с увеличенным напряжением: 3,75 В, 3,8 В, 3,85 В. О том, какое напряжение Li-ion аккумулятора лучше, почему и что зависит от этого параметра, проанализируем в этой статье.

Типы напряжений

Этот параметр включает несколько видов:

1. Номинальное напряжение – измеряется в средней точке графика разряда. Как правило, составляет 3,6 или 3,7 В.
2. Реальное или рабочее – бывает от 2,4 до 4,4 В.
3. Минимальное – допустимое значение, до которого аккумулятор может разрядиться без потери своих эксплуатационных характеристик. Для большинства литиевых ячеек составляет 2,4–2,5 В, а для высоковольтных моделей – 2,8–3 В.
4. Максимальное – допустимый верхний предел, превышение которого считается перезарядом и вредит работоспособности аккумулятора. Как правило, составляет от 4,2 В у большинства до 4,35–4,4 В у высоковольтных моделей.

Как меняется напряжение при работе Li-ion аккумулятора?

Когда элемент питания полностью заряжен (уровень заряда равен 100%), его вольтаж составляет 4,2–4,4 В, в зависимости от характеристик модели. При дальнейшем подключении к нагрузке аккум отдает накопленную энергию и постепенно разряжается, удерживая при этом номинальный вольтаж 3,6–3,7 В (±0,1 В при разрядном токе 0,2–0,5С).

Когда уровень остаточного заряда достигает 20% от накопленной емкости, напряжение снижается до 3 В. Чтобы не допустить глубокого разряда и химической деградации аккума, BMS плата отключает его от нагрузки. Обычно это происходит при снижении напряжения до 3–2,75 В. Когда разряженные элементы подключаются к зарядному устройству, их вольтаж снова увеличивается до 4,2–4,4 В.

Параметры зарядки Li-ion аккумуляторов

До какого напряжения заряжать Li-ion аккумулятор – зависит от параметров конкретной модели, но для большинства литиевых элементов верхний предел составляет 4,2 В. Кроме напряжения полного заряда, важную роль при выборе зарядного устройства играет допустимый ток заряда. Он может составлять от 0,5С до 1С, где С – это значение емкости. Например, аккум емкостью 2500 мАч допускается заряжать током от 1,25 А до 2,5 А.

Влияние химического состава

Литий-ионные аккумуляторы бывают разных подвидов, с некоторыми различиями в электрохимической системе. Эти различия влияют на рабочие параметры аккумов, в т. ч. и на значения напряжения. В зависимости от используемого активного вещества, различают литий-кобальтовые, литий-марганцевые, литий-железо-фосфатные, литий-титанатные и другие подвиды Li-ion элементов питания.

Самые популярные категории и их основные характеристики приведены в таблице.

Формула активного вещества (материал катода)

10С, кратковременно – до 30С

25С, кратковременно – до 40С

Различия в характеристиках объясняются разным составом аккумуляторов, а именно использованием в роли катодного материала оксидов кобальта, никель-марганец-кобальта, марганца, никель-кобальт-алюминия или железо-фосфата.

Методы повышения напряжения

Для повышения напряжения ячеек нужно снизить их внутреннее сопротивление. Для этого производители экспериментируют с материалами катода и анода, совершенствуют известные схемы и формулы, разрабатывают и внедряют инновационные добавки к электролиту. На каждом этапе они стараются найти компромисс между емкостью, токоотдачей и сроком службы элементов питания.

Кроме распространенных моделей на 3,6 и 3,7 В, можно встретить Li-ion аккумы на 3,75 В, 3,8 В, 3,85 В. В частности, батареи с вольтажом порядка 3,8 В широко используются в смартфонах. Такие элементы питания называют высоковольтными и обычно обозначают LiHV или High Voltage Li-ion. Заряжаются они не до 4,2, а до 4,4 В. Чтобы достичь таких значений, производители прибегают к разным хитростям, например, покрывают поверхность катода тонким слоем специальных материалов и включают добавки в электролит.

Какое напряжение лучше?

Существенной разницы между элементами питания с номинальным напряжением 3,6 В и 3,7 В при эксплуатации не наблюдается. Тем не менее, увеличение этого параметра влечет за собой возрастание энергоемкости. Известно, что для приблизительного расчета запасаемой емкости (в ватт-часах) достаточно умножить напряжение в вольтах на емкость в ампер-часах. Чем больше это значение, тем выше энергоемкость аккумулятора.

С другой стороны, у аккумуляторов с увеличенным вольтажом бывает меньший циклический ресурс. И наоборот, аккумы с меньшим напряжением могут значительно превосходить конкурентов по остальным не менее важным параметрам. Яркий пример таких аккумуляторов – модели на основе литий-железо-фосфата (LiFePO4).

Преимущества LFP аккумуляторов

Несмотря на меньшее напряжение (3,2 В), они превосходят конкурентов по таким параметрам как:

• диапазон рабочих температур от -30 до +50 °С;
• увеличенный циклический ресурс – минимум 2000 циклов;
• меньшая подверженность эффекту старения – при хранении емкость падает всего на 1,5% в год;
• термическая и химическая стабильность;
• безопасность эксплуатации;
• устойчивость к возгоранию, даже при разгерметизации;
• простота утилизации;
• устойчивость к глубокому разряду, перезаряду, короткому замыканию, перегреву;
• способность выдерживать токи разряда до 25С и увеличенный зарядный ток;
• меньшее время заряда.

И хотя удельная энергоемкость у LFP ячеек на 14% меньше, чем у Li-ion элементов других типов, во многих случаях этот аспект отходит на второй план. Например, при выборе аккумуляторных батарей для электровелосипедов и других видов персонального транспорта для круглогодичной эксплуатации лучшими заслуженно считаются АКБ типа LiFePO4. Также они предпочтительны в качестве тяговых АКБ для лодочных моторов и в целом для жестких условий эксплуатации.

Поэтому правильно выбирать Li-ion аккумуляторы не только и не столько по напряжению, как по всей совокупности характеристик.

Источник