Preguntas a las que intentaremos responder
¿Sabes cuántas celdas de batería tienes en la batería de tu bicicleta? ¿Importa?
¿Sabías que podrías tener hasta 40-60 celdas?
¿Por qué una batería de e-bike con 40 celdas puede limitar la potencia máxima que puede dar un determinado motor?
¿Por qué el motor Avinox M2S, que puede ofrecer un máximo de 1500W, está limitado a 1300W en ciertos modelos de bicicletas? ¿Será culpa de la batería?
¿Cuántas baterías tiene la batería Avinox FP700 y de qué tipo?
¿Cuál es la historia de estas baterías? ¿Vendrán de la industria automotriz? ¿Tendrán alguna relación con Musk?
¿Por qué la Avinox FP700 puede ofrecer 1500W a un motor y las demás no?
¿Qué tienen de más?
¿Qué tienen de menos?
Sobre las celdas de batería en las baterías de e-bike
La mayoría de los fabricantes de baterías de e-bike utilizan las convenientes y probadas, 21700. ¿Qué nos dice este código, nombre?
Primero las dimensiones:
- Diámetro: 21 mm
- Longitud: 70 mm
Siendo una batería de litio, su tensión nominal es de 3.6V. Es una convención técnica porque en realidad, completamente cargada, llega a 4.2V y se descargará hasta un mínimo de 2.5V o incluso antes, dependiendo de cómo esté programado el controlador BMS (Battery Management System), para dejar algo de energía al menos para el controlador, para que te muestre el camino a casa eventualmente.
Para alimentar el motor eléctrico con 36 V necesitamos 10 de estas baterías en serie, ¿no?
3.6V x 10 baterías en serie = 36V
Y hemos resuelto el tema de la tensión. Además, tendríamos una batería delgada de 2 cm de diámetro y 70 cm de longitud, no cabe muy bien en el downtube, pero si las agrupamos de 6 y apilamos 7 de estos paquetes, cabría.
¿Por qué son tan voluminosos los cuadros para hacer espacio para las baterías cuadradas de e-bike? ¿Por qué es tan delgada la Avinox FP700?
Imagen de la Avinox FP700:
Dimensiones:
Longitud: 558.5 mm
Ancho: 59.1 mm
Altura: 56.1 mm
¿Qué baterías utiliza Avinox FP700?
Algunas imágenes comparativas de celdas Avinox 50480 versus las clásicas 21700:
Un poco diferentes, ¿no?
Con tales celdas se puede obtener una forma casi cilíndrica para una batería de e-bike.
Por supuesto, para hacer espacio para los complejos circuitos de medición, conexión y gestión de celdas, se necesita algo de espacio entre las baterías pero también a su alrededor.
Las celdas alineadas en una batería FP700 en un marco transparente de Amflow PX
Estas celdas fueron vistas en una presentación de Tesla.
Tienen una construcción especial llamada Tabless, que reduce drásticamente la resistencia interna al conectar los electrodos metálicos a lo largo de toda su longitud en ambos extremos, no solo al principio y al final como las 21700.
Dimensiones y capacidades que han permitido a Tesla reducir el número de celdas de 7000 a menos de 1000 en un coche eléctrico:
Para los entusiastas, pueden ver cómo se construye una batería así, los de Munroe las desmantelan y muestran los principios de funcionamiento y fabricación tabless: https://www.youtube.com/watch?v=VEBY7rEUZiI
Pero si ponemos 10 baterías 4680 en serie sin otros separadores, obtenemos una batería de al menos 800 mm de longitud y no cabría muy bien en el downtube.
De las especificaciones vemos que la Avinox FP700 tiene un total de 558 mm.
Ampace 50480
Continuando con la búsqueda, descubrimos que es una batería personalizada 50480, hecha por Ampace especialmente para Avinox, que ofrece una densidad de energía de 220Wh/kg. Ver el comunicado de prensa: https://en.prnasia.com/releases/global/-c-o-r-r-e-c-t-i-o-n-ampace--529515.shtml
“Una celda supera a seis celdas estándar 21700” una celda 50480 equivale a 6 celdas 21700 conectadas en paralelo.
La capacidad nominal es de 19.4 Ah frente a 4 Ah para una celda 21700.
Siendo casi cilíndrica, la batería Avinox FP700 es la única batería en el mundo que puede entrar muy bien en el downtube del Atherton:
A propósito, dado que utilizan solo un perfil cilíndrico en el cuadro, Atherton puede ofrecer 12 tamaños a los clientes según las dimensiones personales y únicas de cada ciclista. Con un Atherton no puedes quejarte de no tener una posición adecuada en la bicicleta.
¿Cuántas baterías necesitamos en una batería de e-bike?
Volvamos a nuestra serie de 10 baterías en serie, acabamos de resolver el problema de la tensión de 36V.
¿Es suficiente poner 10 baterías 21700 en serie? Vamos a calcular qué corriente y qué potencia puede ofrecer una batería con 10 baterías 21700 en serie.
Al estar conectadas en serie, según la ley de Ohm (tú eres hombre conmigo, yo soy hombre contigo, ¿no?), la corriente máxima que se puede obtener es la de una sola batería.
La capacidad de estos tipos de baterías está entre 3000 mAh y 6000 mAh (depende del fabricante), del lote y, por supuesto, del precio.
Tomemos una batería 21700 como modelo, no damos nombres porque hay muchas, cuyo corriente nominal de descarga es de 4000 mA.
Pero, según los datos del catálogo, pueden extraer de ella hasta 35A de forma continua o incluso 45A, pero limitando la temperatura a 80 grados, como se indica en el catálogo.
La belleza de las baterías de litio es que pueden ofrecer una corriente muy alta cuando se necesitan picos, decenas de veces mayor que la corriente nominal, pudiendo alcanzar potencias máximas increíbles, solo que debemos cuidar la temperatura de la batería y, además, se reducirá drásticamente el tiempo de explotación, sin mencionar que la tensión disminuirá drásticamente a medida que aumente la corriente. Si la tensión disminuye, también disminuye la potencia, ¿no? No olvidemos que P (W) = U (Voltios) x I (Amperios)
¿Cuánto disminuye? Más o menos así:
Por eso se habla de la potencia máxima, porque no puede ser entregada de forma continua, sino solo por períodos cortos.
Pero, ¿cuánto tiempo puedo explotar una batería completamente cargada (la del ejemplo)?
Si consumo solo 1A, la batería me durará 4 horas.
Si consumo 4A, solo me durará una hora.
¿Qué potencia podemos obtener a 4A?
La potencia P=U x I=36 V x 4 A = 144 W, así que nos queda "un poco" hasta llegar a 1500 W, ¿no?
Hasta ahora hemos aprendido que una serie de 10 baterías no es suficiente para alcanzar 1500W, sino solo 144W... ¿Qué soluciones tenemos para aumentar la potencia?
¿Cuántas baterías necesitamos en una batería de e-bike?
¡Vamos a poner también en paralelo baterías 21700, no solo en serie!
Es decir, 10 en serie para tener 36V en el motor y 4 en paralelo. Esta combinación se llama 10S4P, 10 en serie de 4 en paralelo.
Hemos respondido a la primera pregunta, necesitamos 40 baterías en la batería de e-bike para poder obtener 576W (4 x 144W).
A continuación, detalles internos de la construcción de una batería de Phylion. Como pueden ver, es un trabajo de ingeniería completo para conectar las baterías, su seguridad física en caso de golpes, deformaciones, separación entre ellas para refrigeración y seguridad, pero también una electrónica avanzada llena de sensores de temperatura, fuentes de corriente, comparadores, controladores, que aseguran un buen funcionamiento tanto en la carga como en la descarga de cada celda.
¿Cómo resolvemos con la potencia de 1500W?
Parece que todavía estamos lejos de esos 1500 W, ¿no?
Pero como sabemos que podemos extraer en picos no solo 4A sino también decenas de amperios de nuestras celdas, así que si extraemos no solo 4 A sino unos 12A de las baterías, descubrimos que podemos alcanzar en picos 1500W sin problemas. Bueno, se nos acabaría la batería en unos 17 minutos, pero la diversión sería máxima.
Sin embargo, las bicicletas no nos permiten hacer esto porque también está el problema del calentamiento de las baterías, así que el controlador nos permitirá entregar una potencia máxima, pero solo hasta alcanzar una temperatura de operación segura de la batería. Y si pudiéramos abusar de ella en corriente, no obtendríamos mucho porque ya han visto cómo disminuye la tensión en ella cuando aumentamos la corriente, la potencia se autolimitará de la ecuación P = U x I.
En los coches eléctricos, teniendo más espacio disponible, las celdas son ayudadas por un sistema de refrigeración pero también de calefacción cuando las temperaturas son demasiado bajas, todos sabemos cómo se descarga la batería del teléfono al esquiar si no la mantenemos cerca del cuerpo, en calorcito.
¿Cuánto tiempo podemos entregar continuamente 1500W?
Avinox nos ofrece un gráfico en el que vemos que la potencia de 1500W, disponible solo con las baterías FP700, solo puede ser entregada durante 6 minutos, después de lo cual disminuye drásticamente.
Si extraemos solo 1000W, podemos mantener esa potencia durante 28 minutos.
Prácticamente hemos visto que las baterías de litio pueden ofrecernos un rendimiento excepcional, excursiones de corriente espectaculares cuando las necesitamos, solo que debemos cuidarlas para que no se calienten demasiado y poder explotarlas durante un período lo más largo posible de forma segura. Hablamos de seguridad porque sabemos cómo se comporta el litio en contacto con el aire, arde violentamente...
¿Por qué en algunos modelos de bicicletas con motor Avinox M2S la potencia declarada es de 1300W y no 1500W?
Porque la resistencia interna de la mayoría de los modelos de baterías no permite alcanzar este valor. Porque las celdas de las baterías han sido elegidas de alguna manera al límite, para servir a modelos de motores que aparecieron hasta abril de 2026, cuando toda la industria fue sacudida por la aparición del Avinox M2S que puede ofrecer 1500W.
Avinox junto con Ampace han creado un nuevo modelo de batería, utilizando la tecnología adoptada por primera vez por Tesla, Tabless, es decir, no solo dos conectores delgados en los extremos lejanos de las láminas, soldados en puntos, sino contacto permanente a lo largo de toda la longitud de la lámina, resultando en una resistencia interna eléctrica muy baja (3 veces más baja que la 21700), pérdidas pequeñas de tensión en la batería a corrientes altas (ver gráfico a continuación), corrientes de carga más altas pero también una densidad de carga 5 veces mayor que las clásicas celdas 21700.
Dirán que al conectar más celdas 21700 con alta resistencia interna en paralelo, la resistencia resultante será mucho más baja. Y aun así, en este momento existen limitaciones constructivas y funcionales de las celdas 21700 que aún no permiten esta realización. Estoy convencido de que se puede alcanzar la potencia de 1500W también en configuraciones con 40-60 celdas 21700 con rendimientos superiores, tal vez en tecnología Tabless, ¿quién sabe? Prometemos que les informaremos cuando aparezcan estos modelos de baterías de e-bike.
La transición de Ah a Wh
En cuanto a las capacidades, es muy simple pasar de Ah (la capacidad de carga de la batería, 1 Ah=3600 Coulombios) Amperios x hora a Wh (Energía eléctrica en Joules, 1 Wh=1W×3600 segundos = 3600 J, como en el contador de electricidad de casa) Vatios x hora solo multiplicando el valor de Ah por la tensión nominal de 3.6 Voltios.
La celda Ampace 50480 tiene 19.4 Ah, multiplicado por 3.6V resulta en 70 Wh.
Multiplicamos por el número de celdas en serie, 10 en total, lo que resulta en 700Wh. Ahora hemos descubierto también por qué la batería Avinox FP700 con este tipo de celdas Ampace 50480 no puede ofrecernos más que 700 Wh a 36V. Ni más, ni menos.
Eso es todo en este episodio sobre baterías.
Continuamos en el siguiente con los motores: potencias, par, porcentajes de asistencia, relaciones de transmisión, tipos de sistemas planetarios y piñones, transistores de potencia con Si o Galio? Cargadores con Galio, GaN, embragues, rodamientos y otros detalles mecánicos que permiten alcanzar una potencia de 1500W a 150 Nm. Además, pedaleo suave, sin ruidos extraños al bajar y sin sentir ningún frenado, ninguna resistencia en el pedalier por parte del motor. Sobre sensores, tipos de sensores, dónde están montados y la sincronización con los sistemas de transmisión.
