Întrebări la care vom încerca să răspundem
Știi câte celule de baterii ai în bateria ta de bicicleta? Contează?
Știai ca ai putea avea pana la 40-60 celule?
De ce o baterie de e-bike cu 40 baterii te poate limita în puterea maxima pe care o poate da un anumit motor?
De ce motorul Avinox M2S, care poate oferi max 1500W e limitat la 1300W pe anumite modele de biciclete? Sa fie bateria de vina?
Cate baterii are bateria Avinox FP700 si de care tip?
Care este istoria acestor baterii? Să fi venit din industria auto? Sa aibă vreo legătura cu Musk?
De ce Avinox FP700 poate oferi 1500W unui motor si celelalte nu?
Ce au in plus?
Ce au in minus?
Despre celulele de baterii din bateriile de e-bike
Majoritatea producătorilor de baterii de e-bike folosesc convenabilele si mult încercatele, doveditele în practică, 21700. Ce ne spune aceast cod, denumire?
În primul rând dimensiunile:
- Diametru: 21 mm
- Lungime: 70 mm
Fiind o baterie cu Litiu tensiunea ei nominala este de 3.6V. E o convenție tehnică pentru că în realitate ea full încărcată ajunge la 4.2V si se va exploata in descărcare pana la minimum 2.5V minim sau chiar mai devreme, în funcție de cum e programat controllerul BMS Battery Management System, să mai lase ceva juice măcar pentru controller, să-ți arate drumul până acasă eventual.
Ca sa alimentam motorul electric cu 36 V ne trebuie 10 asemenea baterii in serie, nu?
3.6V x 10 baterii în serie = 36V
Și am cam rezolvat cu tensiunea. Plus ca vom avea o baterie supla de 2 cm in diametru si lungime de 70 cm, nu prea intră intra în downtube, dar dacă le grupăm cate 6 și stacam 7 asemena pachete, ar intra.
De ce sunt așa butucănoase cadrele ca sa facă loc pătrățoaselor bateriile de e-bike? De ce e așa supla Avinox FP700?
Poza Avinox FP700:
Dimensiuni:
Lungime: 558.5 mm
Lățime:59.1 mm
Înălțime: 56.1 mm
Ce baterii folosește AvinoxFP700?
Câteva imagini comparative celule Avinox 50480 versul clasicele 21700:
Puțin diferite, nu?
Cu asemenea celule se poate obține o formă aproape cilindrică pentrui o baterie de e-bike.
Bineînțeles că pentru a face loc complexelor circuite de măsurare, conectare și management celule, e nevoie de ceva spațiu între baterii dar și în jurul lor.
Celulele înșirate intr-o bateri FP700 într-un cadru transparent de Amflow PX
Aceste celule au fost văzute într-o prezentare Tesla.
Au o construcție specială care se cheamă Tabless, care reduce drastic rezistența internă a acestora prin conectarea electrozilor metalici pe toată lungimea lor la ambele capete, nu doar la început și la sfârșit cum sunt cele 21700.
Dimensiuni si capacități ce au permis Tesla să reduca numarul de celule de la 7000 la sub 1000 înintr-o mașină electrica:
Pentru pasionați, puteți vedea cum e construită o asemenea baterie, cei de la Munroe le demonteaza și arată principiile de funcționare si fabricație tabless: https://www.youtube.com/watch?v=VEBY7rEUZiI
Dar dacă punem 10 baterii 4680 in serie fără alte distanțiere obținem o baterie de 800 mm lungime cel puțin și nu prea ar incăpea in downtube.
Din specificații vedem că Axinox FP700 are cu totul 558 mm.
Ampace 50480
Continuând căutările, am aflat că este o baterie custom 50480, făcută de Ampace special pentru Avinox, care oferă o densitate de energie de 220Wh/kg. Vezi comunicatul de presa: https://en.prnasia.com/releases/global/-c-o-r-r-e-c-t-i-o-n-ampace--529515.shtml
„One cell outperforms six standard 21700 cells” o celulă 50480 face cât 6 celule 21700 conectate în paralel.
Capacitatea nominală este de 19.4 Ah față de 4 Ah pentru o celula 21700.
Fiind aproape cilindrică, bateria Avinox FP700, este singura baterie din lume care poate intra foarte frumos in downtube-ul Atherton:
A propos, pentru că folosesc doar profil cilindric la cadru, Atherton poate oferi 12 mărimi clienților în funcție de dimensiunile personale, unice ale fiecărui rider. Cu un Atherton nu te poți plânge ca nu ai o poziție cum trebuie pe biclă.
De câte baterii avem nevoie într-o baterie de e-bike?
Să ne întoarcem la salba noastră de 10 baterii în serie, tocmai rezolvasem problema tensiunii de 36V.
O fi suficient sa punem 10 baterii 21700 in serie? Hai sa calculam ce curent si ce putere ne poate oferi o baterie cu 10 baterii 21700 in serie.
Fiind legate în serie, vezi legea lui Ohm (ești om cu mine, sunt om cu tine, nu?), curentul maxim ce se poate obține este cel al unei singure baterii.
Capacitatea acestor tipuri de baterii e cuprinsa intre 3000 mAh si 6000 mAh (depinde de producător), de lot si bineînțeles de preț.
Sa luam o baterie 21700 drept model, nu dam nume ca sunt multe, al cărei curent nominal de descărcare este 4000 mA.
Dar, conform datelor din catalog, pot trage din ea și 35A in continuu sau chiar 45A dar cu limitarea temperaturii la 80 grade, așa cum scrie in catalog.
Frumusețea bateriilor cu Litiu este că pot oferi un curent foarte mare când este nevoie de vârfuri, de zeci de ori mai mare decât curentul nominal, putând ajunge la puteri maxime incredibile, doar că trebuie sa avem grijă de temperatura bateriei si in plus se va reduce drastic timpul de exploatare, ca sa nu mai vorbim de tensiunea care va scădea dramatic odată cu creșterea curentului. Dacă scade tensiunea, iar ne scade puterea, nu? Sa nu uitam ca P (W) = U (Volți) x I (Amperi)
Cam cât scade? Cam asa:
De aceea se vorbește de puterea maximă, pentru că nu poate fi livrata in continuu decât pe durate scurte.
Dar cat timp pot exploata o baterie încărcată full (cea din exemplu)?
Daca voi consuma doar 1A, bateria mă va tine 4 ore.
Daca voi consuma 4A, mă va tine doar o ora.
Ce putere putem obține la 4A?
Puterea P=U x I=36 V x 4 A = 144 W deci mai avem „un pic” pana la 1500 W, nu?
Am aflat până acum ca un sir de 10 baterii nu ne este de ajuns să atingem 1500W ci numai 144W... Ce soluții avem pentru a crește puterea?
De câte baterii avem nevoie într-o baterie de e-bike?
Hai să punem și în paralel baterii 21700, nu numai în serie!
Adică 10 in serie ca sa avem 36V la motor și câte 4 in paralel. Combinația asta se cheamă 10S4P, 10 in serie a cate 4 in paralel.
Am răspuns la prima întrebare, ca ne trebuie 40 baterii in bateria de e-bike ca sa putem obține 576W (4 x 144W).
Mai jos detalii interne de construcție a unei baterii de la Phylion. Dopă cum vedeți este o întreagă lucrare inginereasca pentru conectarea bateriilor, siguranța lor fizică în caz de lovire, deformare, separație intre ele pentru răcire și siguranță dar și o electronică avansata plină de senzori de temperatură, surse de curent , comparatoare, controllere, care să asigure buna funcționare atât la încărcare cât si la descărcarea fiecărei celule.
Cum rezolvam cu puterea de 1500W?
Parca tot suntem departe de cei 1500 W, nu?
Dar cum știm ca putem sa scoatem in vârf nu numai 4A ci și zeci de amperi de la celulele noastre, așa că dacă tragem nu numai 4 A ci vreo 12A din baterii, aflam ca putem atinge în vârf 1500W fără probleme. Bine, ni s-ar termina bateria in vreo 17 minute dar distracția va fi maximă.
Totuși, bicicletele nu ne lasă să facem asta pentru ca e și problema încălzirii bateriilor, așa încât controllerul ne va permite livrarea unei puteri maxime dar doar până la atingerea unei temperaturi de operare în siguranță a bateriei. Si dacă am putea sa o abuzăm în curent, mare lucru nu am obține pentru ca ați văzut cum scade tensiunea pe ea când creștem curentul, puterea se va autolimita din ecuația P = U x I.
La mașinile electrice, având spațiu mai mult la dispoziție, celulele sunt ajutate de un sistem de răcire dar și de încălzire când temperaturile sunt prea mici, știm cu toții cum se descarcă bateria de la telefon la schi daca nu-l ținem aproape de corp, la căldurică.
Cât timp putem livra continuu 1500W?
Avinox ne oferă un grafic in care vedem ca puterea de 1500W, disponibila doar cu bateriile FP700 ne poate fi livrata doar 6 minute după care scade drastic.
Daca tragem doar 1000W, putem menține puterea asta 28 minute.
Practic am văzut că bateriile cu Litiu ne pot oferi performante deosebite, excursii de curent spectaculoase când avem nevoie, doar că trebuie sa avem grijă de ele să nu se încălzească prea tare pentru a le putea exploata o perioadă cât mai lungă în siguranță. Vorbim de siguranță pentru că știm cum se comportă Litiul în contact cu aerul, arde violent...
De ce pe unele modele de bicle cu motor Avinox M2S puterea declarată e de 1300W și nu 1500W?
Pentru că rezistența internă a majorității modelelor de baterii nu permite atingerea acestei valori. Pentru că celulele bateriilor au fost alese oarecum la limită, să servească modele de motoare apărute până în Aprilie 2026 când toată industria a fost dată peste cap de apariția lui Avinox M2S care poate oferi 1500W.
Avinox împreună cu Ampace au creat un nou model de baterie, folosind tehnologia adoptată prima oara de Tesla, Tabless, adică nu doar două conectoare subțiri la capetele îndepărtate ale foliilor, sudate în puncte, ci contact permanent pe toată lungimea foliei, rezultând o rezistență internă electrică foarte mică (de 3 ori mai mică față de 21700), pierderi mici de tensiune pe baterie la curenți mari (vezi graficul de mai jos), curenți mai mari de încărcare dar și o densitate de sarcină de 5 ori mai mare față de clasicele celule 21700.
O să spuneți că și prin conectarea a mai multor celule 21700 cu rezistență interna mare în paralel, rezistența rezultată va fi mult mai mică. Și totuși, în acest moment există limitări constructive, funcționale ale celulelor 21700 care nu fac posibilă aceasta realizare încă. Sunt convins că se poate atinge puterea de 1500W și în configurații cu 40-60 celule 21700 cu performanțe superioare, poate în tehnologie Tabless, cine știe? Promitem că vă vom anunța când vor aparea aceste modele de baterii de e-bike.
Trecerea de la Ah la Wh
A propos de mărimi, e foarte simplu sa treceți de la Ah (capacitatea de sarcină a bateriei, 1 Ah=3600 Coulombi) Amperi x oră la Wh (Energie electrica în Joule, 1 Wh=1W×3600 secunde = 3600 J, ca la contorul de electricitate de acasă) Wați x oră doar înmulțind valoarea Ah cu tensiunea nominală 3.6 Volți.
Celula Ampace 50480 are 19.4 Ah, inmulțit cu 3.6V rezultă 70 Wh.
Înmulțim cu numărul de celule în serie, 10 la număr, rezultă 700Wh. Acum am aflat și de ce bateria Avinox FP700 cu acest tip de celule Ampace 50480, nu ne poate oferi decât 700 Wh la 36V. Nici mai mult, nici mai puțin.
Cam atât în acest episod despre baterii.
Continuăm în următorul cu motoarele: puteri, cuplu, procente de suport, rapoarte de transmisie, tipuri de sisteme planetare si pinioane, tranzistori de putere cu Si sau Galiu? Încărcătoare cu Galiu, GaN, ambreiaje, rulmenți și alte detalii mecanice care permit atingerea unei puteri de 1500W la 150 Nm. În plus pedalarea ușoara, fără zgomote ciudate la vale și fără să simțim vreo frânare, vreo împotrivire in pedalier din partea motorului. Despre senzori, tipuri de senzori, unde sunt montați și sincronizarea cu sistemele de transmisie.
