Подбор аккумулятора для скоростного электровелосипеда

Артикул:
Описание

 Мотор колёса большой мощности, а только с такими мотор колёсами  можно достичь высоких скоростей, - потребляют большой ток.  Одно мотор колесо,  с напряжением 60 вольт и мощностью 1500 ватт,  в пиковых режимах потребляет ток до 40 ампер. Для справки: электрический камин  мощностью 2 киловатта  потребляет всего 9 ампер, правда при напряжении 220 вольт.

   Если повысить напряжение контроллера, номинальный ток вроде бы должен упасть, но так как мощность мотор колеса с повышением напряжения тоже вырастет, то и значение тока не уменьшится.

    Где  взять аккумулятор с большим  током?

А вот это, -  уже серьёзная проблема. Тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы  для скоростного электровелосипеда, если требуется проезжать более-менее значительные расстояния, - не годятся. 

  Они могут отдавать большой ток,  и для мотор колеса 60 вольт 1500 ватт,  во всех режимах работы,  5 аккумуляторов c напряжением 12 вольт и ёмкостью 20 Ампер часов, - хватит «с головой».  Но каждый из них весит около  7 кг. Вместе с мотор колесом и контроллером, электронабор  для велосипеда затянет уже  на  43 кг.     С постоянной  скоростью  50 км/час,  с  таким комплектом, можно  проехать    50 - 60  км. Но мы ведь говорим о ещё большей скорости и  большем расстоянии пробега. С  пятью свинцово-кислотными  аккумуляторами, - в полный рост,   встаёт вопрос: а куда, собственно говоря, их пристроить на электровелосипеде, - ведь помимо большого веса, каждый из них  имеет довольно серьёзные  габариты: 181 мм х  76 мм х 170 мм. Помножьте на 5, - получается объёмный  бокс, который не каждый багажник выдержит (по весу, разумеется). Конечно, можно попробовать запихнуть один, или два из пяти аккумуляторов во внутреннюю часть рамы, но красоты вашему творению это не добавит.

    Взять аккумуляторы послабее, - например 12 вольт 14 ампер часов? В принципе, они тоже способны выдать  ток 20-30 ампер, который будет потреблять мотор колесо 60 вольт 1500 ватт на скорости 50 км/час.  Но если аккумуляторы  имеют ёмкость 14 ампер часов  и выдают  ток 20 – 30 ампер, то ёмкости аккумуляторов хватит не более, чем на полчаса поездки, или на преодоление  25-30  км, которые вы пролетите со скоростью 50 км/час. Нужно ли говорить что с мотор колёсами, форсированными, скажем до 2 киловатт, ситуация ещё более усугубится.

   И тут закрадывается  мысль,  «а нужна ли мне такая скорость?». Но мы сегодня рассматриваем не этот вопрос, а совершенно противоположный: как создать скоростной электровелосипед, который может проезжать значительные расстояния.

   Выход один: литий ионные аккумуляторы, к которым, кстати,  относятся и продаваемые нами литий полимерные аккумуляторы ТМ «Volta bikes». Можно рассмотреть  вариант литий железофосфатных аккумуляторов, но прежде, чем это делать, не поленитесь и посмотрите в интернете характеристики всех приличных серийных электромобилей, какие только найдёте. Возможно,  вы удивитесь, когда увидите, что практически все они оборудованы  литий ионными аккумуляторами – и Nissan Leaf  ,  и Mitsubishi i-miev, и Renault Twizy и гибридные Тойоты., и прочая, прочая.  Именно литий ионные аккумуляторы недавно  впервые применили на самолётах гражданской авиации. Они установлены  на борту последней модели Боинга 787 «Dreamliner». Почему так? – А у них самое лучшее сочетание стоимости к весу и количеству энергии, проходящей через батарею за всё время работы.

    Скажите:  где,   как ни на велосипеде, - каждый килограмм лишнего веса имеет огромное значение? Литий железофосфатные аккумуляторы хорошего качества, действительно долговечнее литий ионных, примерно на 20%, но при этом они на 25-30% тяжелее, чем литий ионные аккумуляторы такой же ёмкости и на 30-40% дороже, чем они же. Скажите, в чём тогда выгода от  применения литий железофосфата? Вы платите за них сегодня, -  на 30-40% больше денег, чем за литий ионные; возите 5 лет на багажнике электровелосипеда на 20% больше груза, чтобы через 5 лет,  гипотетически получить один год дополнительной эксплуатации аккумулятора (а ведь можете и не получить, - гарантию на 6 лет Вам никто не даст!). Так и это не бесплатный подарок. Как уже было сказано, вы переплатили 30-40% за увеличенный на 20% ресурс,  ещё 5 лет назад, при покупке.

    Поэтому, самый оптимальный вариант, в котором сочетаются самая большая удельная ёмкость на единицу массы с самой низкой ценой, - это литий ионные и литий полимерные аккумуляторы. 

  Во все литиевые аккумуляторы небольшой ёмкости встраивается плата BMS, которая обеспечивает правильную зарядку каждой ячейки аккумулятора, ограничивает максимальный ток нагрузки и не даёт разрядить аккумулятор ниже безопасного напряжения (для батарей большой ёмкости, в электромобилях,  - используются уже не BMS, а  дорогие системы управления).

    При  комплектации мощных мотор колёс,  даже если не принимать во внимание расстояние пробега, - нужно подобрать аккумулятор с BMS, способной удовлетворить их потребности по току. Другими словами, если к  мотор колесу 48 вольт 1200 ватт, подключить литиевый аккумулятор 48 вольт 10 или 12 ампер часов, то при большой нагрузке,  BMS будет «вырубать» аккумулятор, сохраняя тем самым его от перегрузок. А что делать,  если мотор колесо потребляет ток не 25 ампер, а 40, - что нормально для скорости более 60 км/час?

 На заводе, BMS подбирается пропорционально ёмкости аккумулятора и сообразуясь с возможностями элементов, из которых он состоит. Чтобы  BMS  «разрешала» аккумулятору выдавать ток 40 ампер, -  сам он должен иметь или ёмкость, не меньше, чем 20 ампер часов,  или элементы с большим током разряда, а ещё лучше и то и другое вместе. Вообще,  у производителей серийных электровелосипедов, принято комплектовать их аккумуляторами такой ёмкости, которые работают с нагрузкой, близкой к максимальной,  на проектируемом транспортном средстве,  около часа.

    Если действовать по этому принципу, который, безусловно, разумный, - то ёмкость аккумуляторов в ампер часах, нужно подбирать не меньше  среднего тока в амперах, который потребляет мотор колесо. Другими  словами, если средний потребляемый мотор колесом ток -  30 ампер часов, то аккумулятор лучше иметь не меньше, чем 30 ампер часов. Необходимость дальнейшего наращивания ёмкости, уже зависит от желаемого вами максимального расстояния пробега на одной зарядке. 

    Если вам большое расстояние поездок не требуется, а скоростной велосипед – это прежде всего средство самовыражения для участия в гонках на четверть мили, или резкого старта  со светофора, - тогда можно построить аккумулятор небольшой ёмкости,  на элементах, - которые безболезненно переносят большие токи разряда –  не менее 10-15 с.  (С – это ток, равный  номинальной  ёмкости аккумулятора. Ток 1с для аккумулятора ёмкостью 10 ампер часов будет равняться 10 амперам, а 1с для аккумулятора ёмкостью 20 ампер часов, уже будет равняться 20 А).

    Обычные литиевые аккумуляторы для электровелосипедов и электроскутеров, рассчитаны на постоянный ток не более 3с. Поэтому,  купить готовый аккумулятор с  большим током, -  скорее всего, - не получится, разве что использовать для этого аккумулятор большой ёмкости со значительным весом. Тогда его придётся конструировать.