Fragen, auf die wir versuchen werden zu antworten
Weißt du, wie viele Zellen in deinem Fahrradakku sind? Zählt das?
Wusstest du, dass du bis zu 40-60 Zellen haben könntest?
Warum kann ein E-Bike-Akku mit 40 Zellen die maximale Leistung eines bestimmten Motors einschränken?
Warum ist der Avinox M2S Motor, der maximal 1500W liefern kann, auf 1300W bei bestimmten Fahrradmodellen begrenzt? Liegt es am Akku?
Wie viele Zellen hat der Avinox FP700 Akku und welchen Typ?
Was ist die Geschichte dieser Akkus? Kommen sie aus der Automobilindustrie? Haben sie eine Verbindung zu Musk?
Warum kann der Avinox FP700 einem Motor 1500W liefern und die anderen nicht?
Was haben sie zusätzlich?
Was fehlt ihnen?
Über die Zellen in E-Bike-Akkus
Die meisten Hersteller von E-Bike-Akkus verwenden die bewährten und praktischen 21700 Zellen. Was sagt uns dieser Code, diese Bezeichnung?
Zunächst einmal die Abmessungen:
- Durchmesser: 21 mm
- Länge: 70 mm
Da es sich um einen Lithium-Akku handelt, beträgt die Nennspannung 3,6V. Das ist eine technische Konvention, denn tatsächlich erreicht er im vollgeladenen Zustand 4,2V und wird bis zu einem Minimum von 2,5V oder sogar früher entladen, je nachdem, wie der BMS (Battery Management System) Controller programmiert ist, um noch etwas Energie für den Controller zu lassen, um dir eventuell den Weg nach Hause zu zeigen.
Um den Elektromotor mit 36V zu versorgen, benötigen wir 10 solcher Zellen in Reihe, oder?
3,6V x 10 Zellen in Reihe = 36V
Und damit haben wir das Spannungsproblem gelöst. Außerdem hätten wir einen schlanken Akku mit 2 cm Durchmesser und einer Länge von 70 cm, der nicht wirklich in das Unterrohr passt, aber wenn wir sie in Gruppen von 6 zusammenfassen und 7 solcher Pakete stapeln, würde es passen.
Warum sind die Rahmen so klobig, um Platz für die eckigen E-Bike-Akkus zu schaffen? Warum ist der Avinox FP700 so schlank?
Bild Avinox FP700:
Abmessungen:
Länge: 558,5 mm
Breite: 59,1 mm
Höhe: 56,1 mm
Welche Akkus verwendet der Avinox FP700?
Einige Vergleichsbilder der Avinox 50480 Zellen im Vergleich zu den klassischen 21700:
Ein wenig anders, oder?
Mit solchen Zellen kann eine fast zylindrische Form für einen E-Bike-Akku erreicht werden.
Natürlich braucht man, um Platz für die komplexen Mess-, Verbindungs- und Managementschaltungen der Zellen zu schaffen, etwas Raum zwischen den Akkus, aber auch um sie herum.
Die Zellen in einem FP700 Akku in einem transparenten Amflow PX Rahmen
Diese Zellen wurden in einer Tesla-Präsentation gesehen.
Sie haben eine spezielle Konstruktion, die Tabless genannt wird, die den Innenwiderstand drastisch reduziert, indem die Metall-Elektroden über die gesamte Länge an beiden Enden verbunden werden, nicht nur am Anfang und am Ende wie bei den 21700.
Abmessungen und Kapazitäten, die es Tesla ermöglicht haben, die Anzahl der Zellen von 7000 auf unter 1000 in einem Elektroauto zu reduzieren:
Für Interessierte, ihr könnt sehen, wie ein solcher Akku aufgebaut ist, die Leute von Munroe zerlegen sie und zeigen die Funktions- und Herstellungsprinzipien von Tabless: https://www.youtube.com/watch?v=VEBY7rEUZiI
Aber wenn wir 10 4680 Akkus in Reihe ohne andere Abstandshalter setzen, erhalten wir einen Akku von mindestens 800 mm Länge und der würde nicht wirklich in das Unterrohr passen.
Aus den Spezifikationen sehen wir, dass der Axinox FP700 insgesamt 558 mm hat.
Ampace 50480
Bei unseren Recherchen haben wir herausgefunden, dass es sich um einen maßgeschneiderten 50480 Akku handelt, der von Ampace speziell für Avinox hergestellt wird und eine Energiedichte von 220Wh/kg bietet. Siehe die Pressemitteilung: https://en.prnasia.com/releases/global/-c-o-r-r-e-c-t-i-o-n-ampace--529515.shtml
„Eine Zelle übertrifft sechs Standard 21700 Zellen“ eine 50480 Zelle hat die Leistung von 6 parallel geschalteten 21700 Zellen.
Die Nennkapazität beträgt 19,4 Ah im Vergleich zu 4 Ah für eine 21700 Zelle.
Da sie fast zylindrisch ist, ist der Avinox FP700 der einzige Akku der Welt, der sehr schön in das Unterrohr des Atherton passt:
Übrigens, da sie nur ein zylindrisches Profil im Rahmen verwenden, kann Atherton 12 Größen für die Kunden anbieten, je nach den persönlichen, einzigartigen Abmessungen jedes Fahrers. Mit einem Atherton kann man sich nicht beschweren, dass man keine richtige Position auf dem Bike hat.
Wie viele Zellen benötigen wir in einem E-Bike-Akku?
Kehren wir zu unserer Kette von 10 Zellen in Reihe zurück, wir hatten gerade das Spannungsproblem von 36V gelöst.
Reicht es aus, 10 21700 Zellen in Reihe zu schalten? Lass uns berechnen, welchen Strom und welche Leistung ein Akku mit 10 21700 Zellen in Reihe liefern kann.
Da sie in Reihe geschaltet sind, siehe Ohms Gesetz (du bist ein Mensch mit mir, ich bin ein Mensch mit dir, oder?), ist der maximale Strom, der erreicht werden kann, der einer einzigen Zelle.
Die Kapazität dieser Batterietypen liegt zwischen 3000 mAh und 6000 mAh (abhängig vom Hersteller), von der Charge und natürlich vom Preis.
Nehmen wir eine 21700-Batterie als Modell, wir nennen keine Namen, da es viele gibt, deren Nennentladestrom 4000 mA beträgt.
Aber laut den Daten im Katalog kann ich auch 35A kontinuierlich oder sogar 45A ziehen, jedoch mit einer Temperaturbegrenzung auf 80 Grad, wie im Katalog angegeben.
Die Schönheit von Lithium-Batterien ist, dass sie einen sehr hohen Strom liefern können, wenn Spitzen benötigt werden, der um ein Vielfaches höher ist als der Nennstrom, und sie können unglaubliche Maximalleistungen erreichen, nur müssen wir auf die Temperatur der Batterie achten, und zusätzlich wird die Betriebszeit drastisch verkürzt, ganz zu schweigen von der Spannung, die dramatisch sinkt, wenn der Strom steigt. Wenn die Spannung sinkt, sinkt auch die Leistung, oder? Vergessen wir nicht, dass P (W) = U (Volt) x I (Ampere)
Wie viel sinkt sie? Ungefähr so:
Deshalb spricht man von der maximalen Leistung, denn sie kann nur über kurze Zeiträume kontinuierlich geliefert werden.
Aber wie lange kann ich eine voll aufgeladene Batterie (die im Beispiel) nutzen?
Wenn ich nur 1A verbrauche, hält die Batterie 4 Stunden.
Wenn ich 4A verbrauche, hält sie nur eine Stunde.
Welche Leistung können wir bei 4A erreichen?
Die Leistung P=U x I=36 V x 4 A = 144 W, also haben wir noch „ein bisschen“ bis zu 1500 W, oder?
Wir haben bis jetzt herausgefunden, dass eine Reihe von 10 Batterien nicht ausreicht, um 1500W zu erreichen, sondern nur 144W... Welche Lösungen haben wir, um die Leistung zu steigern?
Wie viele Batterien benötigen wir in einer E-Bike-Batterie?
Lass uns auch 21700-Batterien parallel schalten, nicht nur in Serie!
Das heißt 10 in Serie, um 36V für den Motor zu haben, und jeweils 4 parallel. Diese Kombination nennt sich 10S4P, 10 in Serie und jeweils 4 parallel.
Wir haben die erste Frage beantwortet, dass wir 40 Batterien in der E-Bike-Batterie benötigen, um 576W (4 x 144W) zu erreichen.
Unten sind interne Konstruktionsdetails einer Batterie von Phylion. Wie Sie sehen, ist es eine umfassende Ingenieurarbeit, um die Batterien zu verbinden, ihre physische Sicherheit im Falle von Stößen, Verformungen, Trennungen zur Kühlung und Sicherheit sowie eine fortschrittliche Elektronik voller Temperatursensoren, Stromquellen, Komparatoren, Controller, die einen reibungslosen Betrieb sowohl beim Laden als auch beim Entladen jeder Zelle gewährleisten.
Wie lösen wir das mit der Leistung von 1500W?
Es scheint, als wären wir immer noch weit von den 1500 W entfernt, oder?
Aber da wir wissen, dass wir nicht nur 4A, sondern auch Dutzende von Amperes aus unseren Zellen ziehen können, wenn wir also nicht nur 4 A, sondern etwa 12A aus den Batterien ziehen, erfahren wir, dass wir problemlos 1500W erreichen können. Nun, die Batterie würde in etwa 17 Minuten leer sein, aber der Spaß wäre maximal.
Dennoch lassen uns die Fahrräder nicht das tun, weil es auch das Problem der Erwärmung der Batterien gibt, sodass der Controller die Lieferung einer maximalen Leistung nur bis zu einer sicheren Betriebstemperatur der Batterie zulässt. Und selbst wenn wir sie im Strom überlasten könnten, würden wir nicht viel erreichen, denn Sie haben gesehen, wie die Spannung sinkt, wenn wir den Strom erhöhen, die Leistung wird sich aus der Gleichung P = U x I selbst begrenzen.
Bei Elektroautos, wo mehr Platz zur Verfügung steht, werden die Zellen von einem Kühlsystem unterstützt, aber auch von einer Heizung, wenn die Temperaturen zu niedrig sind. Wir alle wissen, wie sich die Batterie des Handys beim Skifahren entlädt, wenn wir sie nicht nah am Körper, warm halten.
Wie lange können wir kontinuierlich 1500W liefern?
Avinox bietet uns eine Grafik, in der wir sehen, dass die Leistung von 1500W, die nur mit den FP700-Batterien verfügbar ist, uns nur 6 Minuten lang geliefert werden kann, danach sinkt sie drastisch.
Wenn wir nur 1000W ziehen, können wir diese Leistung 28 Minuten lang halten.
Praktisch haben wir gesehen, dass Lithium-Batterien außergewöhnliche Leistungen bieten können, spektakuläre Stromausflüge, wenn wir sie brauchen, nur müssen wir darauf achten, dass sie sich nicht zu stark erhitzen, um sie so lange wie möglich sicher nutzen zu können. Wir sprechen von Sicherheit, weil wir wissen, wie Lithium im Kontakt mit Luft reagiert, es brennt heftig...
Warum ist bei einigen Modellen von Fahrrädern mit Avinox M2S-Motor die angegebene Leistung 1300W und nicht 1500W?
Weil der Innenwiderstand der meisten Batteriemodelle nicht zulässt, dass dieser Wert erreicht wird. Weil die Zellen der Batterien irgendwie an der Grenze gewählt wurden, um Modelle von Motoren zu bedienen, die bis April 2026 erschienen sind, als die gesamte Industrie durch das Erscheinen von Avinox M2S, das 1500W bieten kann, auf den Kopf gestellt wurde.
Avinox hat zusammen mit Ampace ein neues Batteriemodell entwickelt, das die erstmals von Tesla übernommene Tabless-Technologie verwendet, das heißt, nicht nur zwei dünne Anschlüsse an den entfernten Enden der Folien, die punktgeschweißt sind, sondern ein permanenter Kontakt über die gesamte Länge der Folie, was zu einem sehr niedrigen elektrischen Innenwiderstand (dreimal niedriger als bei 21700) führt, geringe Spannungsverluste bei hohen Strömen (siehe Grafik unten), höhere Ladeströme und eine fünfmal höhere Energiedichte im Vergleich zu klassischen 21700-Zellen.
Sie werden sagen, dass auch durch die parallele Verbindung mehrerer 21700-Zellen mit hohem Innenwiderstand der resultierende Widerstand viel niedriger sein wird. Und dennoch gibt es in diesem Moment konstruktive und funktionale Einschränkungen der 21700-Zellen, die diese Realisierung noch nicht ermöglichen. Ich bin überzeugt, dass die Leistung von 1500W auch in Konfigurationen mit 40-60 21700-Zellen mit überlegenen Leistungen erreicht werden kann, vielleicht in Tabless-Technologie, wer weiß? Wir versprechen, Sie zu informieren, wenn diese Modelle von E-Bike-Batterien erscheinen.
Der Übergang von Ah zu Wh
Was die Größen betrifft, ist es sehr einfach, von Ah (die Kapazität der Batterie, 1 Ah=3600 Coulomb) Amperestunden zu Wh (elektrische Energie in Joule, 1 Wh=1W×3600 Sekunden = 3600 J, wie bei Ihrem Stromzähler zu Hause) Wattstunden zu wechseln, indem man den Wert in Ah mit der Nennspannung von 3,6 Volt multipliziert.
Die Ampace 50480 Zelle hat 19,4 Ah, multipliziert mit 3,6V ergibt 70 Wh.
Wir multiplizieren mit der Anzahl der Zellen in Serie, 10 an der Zahl, was 700Wh ergibt. Jetzt wissen wir auch, warum die Avinox FP700 Batterie mit diesem Zelltyp Ampace 50480 uns nur 700 Wh bei 36V bieten kann. Weder mehr noch weniger.
Das war's für diese Episode über Batterien.
Wir machen im nächsten weiter mit den Motoren: Leistungen, Drehmoment, Unterstützungsprozentsätze, Übersetzungsverhältnisse, Arten von Planetensystemen und Ritzeln, Leistungstransistoren mit Si oder Gallium? Ladegeräte mit Gallium, GaN, Kupplungen, Lager und andere mechanische Details, die es ermöglichen, eine Leistung von 1500W bei 150 Nm zu erreichen. Außerdem leichtes Pedalieren, ohne seltsame Geräusche bergab und ohne dass wir irgendeine Bremsung oder Widerstand im Tretlager vom Motor spüren. Über Sensoren, Arten von Sensoren, wo sie montiert sind und die Synchronisation mit den Getriebesystemen.
