В этой статье мы рассмотрим какие аккумуляторы для электровелосипеда выбрать по критерию химического состава. В чем отличия, какие плюсы и минусы.
Свинцовые аккумуляторы для электровелосипеда
Исторически первыми были конечно свинцово-кислотные аккумуляторы. До сих пор встречаются модели электровелосипедов, вроде Flygear, у которых свинцовые аккумуляторы установлены за подседельной трубой. Но не спешите снимать папин аккумулятор с автомобиля и ставить на свой велосипед! Для электротранспорта используют специальные “тяговые” аккумуляторы. Они маркируются DZM или DZF, и не обладают такими высокими пусковыми токами, как стартерные, но способны отдавать энергию продолжительно и испытывать более глубокие разряды без ущерба своему “здоровью”. Свинцовые пластины в них более толстые. В современных свинцовых тяговых аккумуляторах электролит находится в виде геля, поэтому их еще называют гелевыми. Достоинство Gel технологии в способности меньше терять свою емкость при глубоких разрядах и в возможности установки в любом положении.
Свинцовые тяговые АКБ обычно выпускаются привычными нам блоками по 12 вольт (6 элементов по 2 вольта). Они дешевы и идеально подходят для погрузчиков, выполняя заодно функцию противовеса. Также их используют для лодочных электромоторов, где вес не имеет большого значения. В Китае их очень активно используют для электроскутеров. Около 80% парка электроскутеров Китая использует свинцовые АКБ — они тяжелые но дешевые. В электроскутерах они ставятся максимально низко в площадку для ног. Это понижает центр тяжести электроскутера. Однако как аккумуляторы для электровелосипеда свинцовые АКБ подходит очень плохо — слишком большой объем и вес. На том же Flygear, два свинцовых аккумулятора по 12Ач в корпусе весят около 9кг. Их общая емкость 288Втч при номинальном напряжении 24В, энергоплотность — 32 Втч/кг. А 9кг это уже вес современного велосипеда.
Редкие типы химии аккумуляторов электровелосипедов
Аккумуляторы для электровелосипеда очень редко бывает никель-кадмиевые, никель-металлгидридные или литий-полимерные, и у каждого из них свои недостатки. У Ni-Cd (никель-кадмий) сильный и заметный эффект памяти. У NiMH (никель-металлгидридные) эффект памяти выражен слабо, зато сильно выражена деградация при глубоком разряде. Литий-полимерные LiPo аккумуляторы используются в радиоуправляемых моделях (RC), они легкие и способны отдавать большие токи. Но при этом обладают невысоким ресурсом и крайне пожароопасны.
Из новинок стоит отметить разработки 2023 года в виде натрий-ионных аккумуляторов, в которых также присутствует литий. Они хоть и обладают низкой стоимостью, их энергоплотность крайне низка для электровелосипедов.
LiFePo4 — литий-железо-фосфат
Литий-феррум-полимерные (литий-железо-фосфат) аккумуляторы LiFePo4 сейчас довольно-популярны в электромобилях и системах хранения энергии (поверволах). Многие китайские электрокары комплектуются именно такими аккумуляторами. Они не боятся морозов, они безопасны, и их ресурс по заявлениям производителей достигает несколько тысяч циклов. Аккумуляторы LiFePO4 имеют плотность энергии около 100–140 Втч/кг. И это в 3–4 раза выше чем плотность гелевыех свинцовых АКБ. Чаще они изготавливаются в виде “пакетов”, “призматиков” и больших цилиндров, изредка встречается форм-фактор 32650. Но, что хорошо для автомобиля и е‑скутера, для электровелосипеда подходит слабо. Эти элементы большие по размеру и имеют невысокую плотность энергии. Их формфактор слабо подходит для интеграции в легкую “двумерную” раму велосипеда.
Литий-ионные аккумуляторы для электровелосипеда
Итак, мы перешли к самым популярным литий-ионным аккумуляторам для электровелосипеда. Они обладают самой высокой плотностью энергии из рассмотренных выше — 200–250 Втч/кг и не имеют эффекта памяти. Современные литий-ионные аккумуляторы достаточно безопасны и обладают значительным ресурсом. Многие производители li-ion элементов заявляют в даташитах 800‑1000 полных циклов до остатка 80–90% емкости. Наиболее популярные форм-факторы литиевых аккумуляторов — это цилиндрические 18650 и 21700, встречаются и “призматики” и “пакеты” и 4680 и т.д.
Самый широко-известный формат это конечно 18650 — это цилиндрик диаметром 18мм и длиной 65мм. Элементы 18650 используются не только в транспорте, но еще в ноутбуках, портативных аудиоколонках, пылесосах, фонариках, вейпах и т.д. Первые электрокары Тесла имели батареи, набранные именно из элементов 18650.
Следующими по популярности идет относительно новый формат 21700 — 21мм в диаметре и 70мм в длину. Кстати, китайские версии 21700, фактически несколько больше — 21,7 мм в диаметре и 71мм в длину.
Благодаря небольшому весу и размеру, и высокой плотности энергии, элементы 18650 и 21700 завоевали огромную популярность в легком электротранспорте — аккумуляторы для электровелосипедов, самокатов, гироскутеров и моноколес, делают в основном из элементов 18650 и 21700. Да, эти элементы не дешевые, но и их количество нужно небольшое.
Популярность элементов 18650 и 21700 привела к широкой линейке быстросъёмных корпусов для АКБ, разработанных под эти форматы. Такие корпуса предназначены специально для установки на электровелосипеды. Именно с их помощью такого корпуса аккумулятора, ваш электровелосипед собранный своими руками, имеет “заводской” внешний вид. Ведь производители электровелосипедов используют аналогичные корпуса.
