R1 - 2017-04-04 08:36

Wszystko, co musisz wiedzieć o akumulatorach

Wszystkie pojazdy elektryczne muszą mieć stały dostęp do źródła energii elektrycznej. Gdyby energia dla pojazdów elektrycznych była dostarczana poprzez przewody, to musiałyby one być bardzo długie i mogłyby się poplątać, dlatego wyobrażenie tytułowej postaci z popularnego kabaretowego serialu pt. „Ucho Prezesa” nie sprawdziłoby się w praktyce. Zanim wybudowane zostaną drogi ze zintegrowanym zasilaniem indukcyjnym i zanim spełnią się marzenia Nikola Tesli o bezprzewodowym przesyłaniu energii elektrycznej na duże odległości, akumulatory są naszym jedynym wyjściem. 
W monocyklach elektrycznych najczęściej stosowane są akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion). W przeciwieństwie do akumulatorów ołowiowych / kwasowych, niklowo-kadmowych czy niklowo-wodorkowych, są one dużo mniej toksyczne (w przypadku bezpośredniego kontaktu człowieka z ich zawartością) i podlegają niemalże w 100% odzyskowi.
Dla ułatwienia, słowa akumulator i bateria będą używane jako synonimy.

Gęstość energetyczna

Akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się dość dużą gęstością energetyczną.

Największą w tej chwili gęstość energetyczną osiągają akumulatory litowo-polimerowe. Dlaczego więc nie stosuje się ich w pojazdach elektrycznych? Okazuje się, że baterie litowo-polimerowe są dużo mniej odporne. Ich budowa wymusza umieszczanie ogniw w miękkich opakowaniach, co sprawia że są znacznie bardziej podatne na uszkodzenia mechaniczne. W przypadku uszkodzenia wnętrza ogniwa, następuje zwarcie i wyzwolenie ogromnej ilości energii. Towarzyszy temu samozapłon, który jest procesem nie do zatrzymania. Reakcja chemiczna jest gwałtowna i bardzo niebezpieczna. Baterie litowo-polimerowe są również nieco droższe od bardzo popularnych na ten moment litowo-jonowych. Może już niebawem pojawią się pierwsze prototypy monocykli z bateriami litowo-polimerowymi. Trwają też prace nad wzbogacaniem akumulatorów litowo-jonowych o grafen, co - zdaniem firmy Tesla (dawniej Tesla Motors) - przyczynia się do wzrostu pojemności o około 40% (czyli prawie połowę!).
Już w tej chwili dostępny jest inny wariant akumulatorów litowo-jonowych - mianowicie ogniwa litowo-manganowe, używane m.in. w monocyklach elektrycznych firmy Solowheel i samochodach Chevrolet Volt. Przede wszystkim są one dużo bardziej odporne na wysokie temperatury - tym samym uszkodzenia mechaniczne i zwarcia nimi spowodowane bardzo rzadko prowadzą do zapłonu. Ich minusem jest jednak ok. 2/3 mniejsza gęstość energetyczna od klasycznych ogniw li-ion oraz zdecydowanie wyższa cena, stąd produkty Solowheel są także odpowiednio droższe.
Nie ma jednak czym się martwić. Dobrze zabezpieczone, klasyczne akumulatory litowo-jonowe, stosowane są z powodzeniem m.in. w samochodach Tesla - najbezpieczniejszych i najszybszych seryjnie produkowanych samochodach na świecie.
Przy wyborze elektrycznego monocykla warto jednak dopłacić kilka groszy i zwrócić uwagę na markę, aby mieć pewność, że akumulatory są dobrze zabezpieczone. Rozpoznawalni producenci, którzy dbają o bezpieczeństwo montażu akumulatorów (a także o jakość samych ogniw), to m.in. Kingsong, IPS, Gotway, InMotion, czy Ninebot (Segway). Jeśli dla kogoś to za mało, jeszcze wyższy poziom bezpieczeństwa od uszkodzeń mechanicznych zapewni Solowheel.

Żywotność akumulatorów i jak ją przedłużyć

Akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się przyzwoitym czasem życia określanym w liczbie cykli rozładowania i ładowania.

Żywotność akumulatorów litowo-jonowych zależy od kilku czynników. Okazuje się, że jeżeli kolejne ładowanie następuje gdy akumulator wciąż jeszcze posiada 50% zmagazynowanej energii, to liczba cykli ładowania wydłuża się niemal trzykrotnie.

Stopień rozładowania

Przybliżona maksymalna liczba cykli ładowania

100%

500

50%

1400

25%

2500

10%

4600

Z tego powodu warto ładować monocykl po każdej przejażdżce. Baterie litowo-jonowe nie posiadają efektu pamięciowego, występującego w starszych typach (NiCd, NiMH), zmuszającego użytkownika do rozładowywania akumulatora niemalże do zera.

Kolejnym aspektem znacznie wpływającym na czas życia akumulatora litowo-jonowego to temperatura pracy i przechowywania. Optymalny zakres temperatur mieści się w przedziale 10 – 30 °C. W przypadku przechowywania np. przez okres zimowy, baterie należy naładować do pojemności około 50 % i przechowywać w temperaturze około 15 °C.

Ponadto, podczas przechowywania akumulatorów litowo-jonowych przez okres dłuższy niż miesiąc, należy doładowywać je do poziomu nieco powyżej 50% przynajmniej raz w miesiącu.

Warto wiedzieć że baterie litowo-jonowe ładują się dwufazowo. W pierwszej fazie ładowanie odbywa się poprzez „wbijanie” energii o stałym prądzie. Maksymalny prąd ładowania w zależności od typu i jakości baterii określany jest jako wielokrotność C gdzie C oznacza pojemność akumulatora w amperogodzinach (Ah). 1C oznacza godzinny prąd ładowania, czyli ładując takim prądem akumulator powinien być w pełni naładowany w ciągu godziny czasu. Każdy producent akumulatorów podaje jakim maksymalnym prądem można ładować daną baterię i zazwyczaj mieści się w zakresie 1C - 5C. Dla przykładu, jeżeli akumulator ma pojemność 10 Ah i można go ładować prądem 5C, to maksymalny prąd ładowania mógłby być na poziomie 50 A i bateria byłaby naładowana po około 12 minutach. Jednak tak duży prąd ładowania znacznie skraca żywotność akumulatora i w praktyce się tego nie stosuje. Im mniejszy prąd ładowania tym dłuższa żywotność. Poziom 1C jest rozsądnym kompromisem między czasem ładowania, a żywotnością akumulatora.

Standardowe ładowarki w monocyklach, ze względów na koszty, posiadają wydajność prądową poniżej 1C. Dla monocykla KingSong KS16 ładowarka pozwala ładować maksymalnym prądem do 2 A.

Przy około 80% naładowania akumulatora litowo-jonowego napięcie docelowe zostaje osiągnięte i następuje druga faza ładowania – stałym napięciem. Okazuje się, że można znacznie wydłużyć życie akumulatora (nawet dwukrotnie) jeżeli przerwiemy proces ładowania właśnie w tym momencie. Oczywistym jest, że 80% naładowania oznacza mniejszy zasięg, dlatego większość producentów stosuje swego rodzaju "złoty środek", zatrzymując ładowanie gdzieś w przedziale między 90% a 100% naładowania, oferując możliwie najlepszy zasięg, przy jednoczesnej dobrej konserwacji czasu życia baterii.

Wpływ temperatury

Monocykl elektryczny świetnie sprawdza się nie tylko w okresach letnich. Zima jest także dobrym okresem dla tego środka transportu nie tylko dla największych zapaleńców. Należy mieć jednak świadomość, że przy niskich temperaturach parametry znamionowe akumulatorów słabną. Nie ma się jednak o co martwić - jazda zimą nie powoduje uszkodzeń akumulatorów, dlatego - po założeniu zimowej opony - można nadal korzystać z elektrycznego monocykla.

Nie można już jednak liczyć na tak duży zasięg. Tymczasowy spadek pojemności pojawia się w okolicy 10 °C, a już poniżej -10 °C zaczyna drastycznie pikować w dół. Kingsong określa, że dopiero poniżej -20 °C zasięg urządzenia zmniejsza się o 50%. 

Jazda przy bardzo niskich temperaturach wiąże się również ze znacznym spadkiem wydajności energetycznej.

W temperaturze poniżej -10 °C do dyspozycji pozostaje już tylko 50% mocy. W takich okolicznościach należy ograniczyć gwałtowne przyspieszanie i hamowanie, gdyż może okazać się, że akumulator nie jest w stanie dostarczyć mocy, jaka jest potrzebna silnikowi, co może doprowadzić do nagłego wyłączenia się urządzenia podczas jazdy.

Jednocześnie należy zaznaczyć, że gdy zima minie, wszystko wróci do normy.

BMS - Battery Management System

System zarządzania baterią (Battery Management System) jest układem elektronicznym umieszczonym we wszystkich zestawach ogniw litowo-jonowych (tzw. battery pack), stosowanych w elektrycznych monocyklach. O tym systemie krąży wiele legend i mitów.

Duża część użytkowników monocykli elektrycznych uważa, że to właśnie BMS jest odpowiedzialny za nagłe wyłączanie się kół w trakcie jazdy. Wielu chciałoby usunąć go na stałe ze swoich urządzeń twierdząc, że jest zbędny i tylko zagraża ich bezpieczeństwu. Rzeczywistość wygląda inaczej. Zdarza się, że niektórzy producenci źle ustalają graniczne parametry systemu BMS, przez co jest on zbyt restrykcyjny i odłącza źródło zasilania przy nawet niewielkim przeciążeniu. W przypadku elektrycznych kół, system zarządzania akumulatorem powinien być tak dobrany, aby odciąć zasilanie dopiero w momencie, gdy przeciążenie osiąga poziom krytyczny, powyżej którego bateria ulegnie trwałemu uszkodzeniu. Takie odłączenie na pewnym poziomie przeciążenia jest niezbędne, gdyż w przeciwnym wypadku akumulator ulegnie stałemu uszkodzeniu (nie będzie możliwe dalsze korzystanie z monocykla bez jego wymiany), grożąc także spowodowaniem zwarcia.

Ochrona ogniw to tylko część funkcji realizowanych przez BMS. Najważniejszym zadaniem BMS jest utrzymanie właściwych parametrów w procesie ładowania, a także balansowanie energią z poszczególnych ogniw tak aby zoptymalizować wydajność całej baterii. System BMS na bieżąco monitoruje i przekazuje po magistrali komunikacyjnej parametry takie jak prąd, napięcie, temperatura.

Podsumowując, nie ma możliwości aby akumulator mógł działać prawidłowo bez BMS.

Ekologia

Zwolennicy silników spalinowych zarzucają, że zmiana pojazdu na elektryczny nie jest rozwiązaniem, z powodu wytwarzania i recyklingu akumulatorów. To błędne stwierdzenie bierze się z wielu starych mitów i powtarzania ich w mediach niesprawdzających źródeł.

Chcesz dowiedzieć się dlaczego akumulatory litowo-jonowe mają pozytywny wpływ na środowisko? Kliknij tutaj.

Podsumowanie - nie taki diabeł straszny, jak go malują

Wszyscy, którzy martwią się o żywotność baterii w swoich monocyklach, powinni spróbować spojrzeć na tę kwestię w następujący sposób: minimalna liczba cykli ładowań baterii w monocyklu wynosi 500. Czy to mało? W większości telefonów i laptopów stosowane są baterie litowo-jonowe. Urządzenia te trzeba ładować praktycznie codziennie. Po mniej więcej dwóch latach mija około 700 ładowań (cykli) i można zauważyć, że czas pracy na baterii jest już krótszy niż na początku. Przez 500 pierwszych ładowań akumulator powinien wytrzymać bez wyraźnego spadku pojemności. Jeżeli monocykl posiada zasięg 30 km na jednym ładowaniu, można obliczyć żywotność na poziomie 15 000 km (mnożymy 500 cykli x 30 km). Jeżeli ładujemy monocykl częściej, to żywotność baterii tylko wzrasta (patrz: tabelka żywotności powyżej). Aby przejechać 1000 km rocznie trzeba naprawdę się postarać. Przy tak ekstremalnym eksploatowaniu monocykla, zadbany akumulator powinien wytrzymać 15 lat. Nic tylko jeździć!

Jak dobrze wiadomo, rynek elektrycznych monocykli rozwija się bardzo dynamicznie. Ja nie wyobrażam sobie jeżdżenia jednym kółkiem przez 15 lat, a potem wymieniać baterię i jeździć kolejne 15. A Wy? Dajcie znać w komentarzach i na forum!

Ta strona używa cookies - Czytaj szczegóły
Ta informacja zniknie za chwilę, ale link do naszej polityki prywatności i cookies znajdziesz zawsze w stopce.