Батарея для электровелосипеда

Батарея в электровелосипеде – это 1/2 – 1/10 цены (в зависимости от емкости). Когда я собирал себе велосипед, на изучение ситуации с батареями пришлось потратить массу времени. А все почему? А потому, что обзора подобного тому, что вы сейчас читаете в сети не было.

Ebike Battery аккумулятор для электрического велосипеда

Купить батарею не проблема, но выбор не прост. Какие батареи бывают? Чем отличаются? Как установить? Где купить? Сколько стоит? На эти и другие вопросы попробую ответить в этом обзоре.

Магазинам полный обзор батарей не нужен, поскольку для этого придется рекламировать конкурентов, а такой альтруизм в капиталистическую модель мироустройства не вписывается. Для видеоблоггинга полные обзоры батарей – неформат. В результате пришлось закрыть информационную дыру самостоятельно.
Данный обзор аккумуляторных батарей для электровелосипедов не претендует на энциклопедичность. Но дает общее представление о ситуации с батареями для электровелосипедов на 2020 год.

Классификация аккумуляторных батарей

Батарея (фр. batterie) — это два или более соединённых параллельно или последовательно электрических элементов. В просторечии, в случае с электровелосипедами аккумуляторной батареей называют, как батарейные блоки (относительно крупные ёмкости, наполненные мелкими химическими источниками тока), так и отдельные элементы (какие они бывают, рассмотрим позже).
Различных батарей дофига. В целях торжества Порядка над Хаосом нужно их классифицировать. С этого мы и начнем.

Совершенно очевидно, что классифицировать аккумуляторные батареи (батарейные блоки) нужно по месту пребывания оных на электрическом велосипеде.

Классификация по месту

Универсальная батарея

Используются для электрофикации горных, прогулочных и туристических велосипедов. Может использоваться с различными типами рам.

  • Батарея в рюкзаке. Дешево и сердито. Если сопрут велосипед, то без батареи. Маленькая, а радость.
Батарея в рюкзаке
  • Батарея на или в багажнике. Самый древний способ установки аккумуляторных батарей. По данным археологии этот тип установки известен человечеству с начала XX века от Рождества Христова. Неудобен тем, что занят багажник, а также центр тяжести велосипеда расположен высоко и смещен к жопе. С первой проблемой можно отчасти справиться используя двухярусный багажник, со второй не справиться никак.
    Можно купить, как готовую батарею встроенную в багажник, так и багажник с корпусом батареи. Такие батареи обычно рассчитаны на 50-60 ячеек.
батарея для электровелосипеда
Батарея встроенная в багажник – весьма распространенное решение для бюджетных городских ебайков.
  • Батарея на подседельный штырь типа “лягушка”. Не знаю почему земноводное. На мой взгляд не похоже. Бывают маленькие, бывают весьма объемные. Проблема с ними та же, что и с батареей на багажнике: центр тяжести высоко и смещен назад, багажник использовать неудобно поскольку над ним висит эта хрень. Дополнительный минус: вероятнее всего не получится использовать лучший амортизационный подседельный штырь. Не подходит для e-MTB из-за высокой уязвимости при падениях.
    Лягушки популярны у владельцев двуподвесов, поскольку нормального багажника там конструктивно не предусмотрено, а место внутри треугольника рамы зачастую занято амортизатором заднего колеса. Подробный обзор этого типа батареи тут.
встроенная в раму батарея для электровелосипеда
Непонятно, как перетаскивать этот электровелосипед через препятствия. Весит он не меньше 30 кг. Что бы он находился в горизонтальном положении поднимать его придется держась за подседельный штырь, что явно неудобно.
  • “Треугольник” в раму.
    Плюсы: такая аккумуляторная батарея позволяет не перегружать заднюю часть электровелосипеда и сохранять нормальную развесовку; можно использовать батареи большой ёмкости; легко изготовить под любую конфигурацию треугольника рамы.
    Минусы: как правило неудобно снимать батарею для зарядки; проблемы с креплением; все ленточки которые могут оторваться рано или поздно отрываются; выглядит несколько “колхозно”.
батарея-треугольник для электровелосипеда
Довольно симпатичный вариант батареи-треугольника в двух вариантах: 48V 20Ah и 52V 20Ah. Цена: 26 837,55 – 30 605 руб.
  • “Бутылка” в раму.
    Плюсы: батарея позволяет не перегружать заднюю часть электровелосипеда и сохранять нормальную развесовку; выглядит вполне симпатично; нет проблем с креплением (обычно крепится на место бутылки для воды); легко снимать для зарядки.
    Минусы: относительно маленькая ёмкость. С другой стороны, ни что не мешает возить запасную батарею в рюкзаке или на багажнике. Вариантов батарей-бутылок штук пять, самый популярный такой.
батарея для электровелосипеда бутылка
  • “Дельфин” в раму.
    Это вершина эволюции быстросъемных не интегрированных в раму аккумуляторных батарей для электровелосипеда.
    Плюсы: батарея позволяет не перегружать заднюю часть электровелосипеда и сохранять нормальную развесовку; хороший дизайн; нет проблем с креплением (обычно крепится на место бутылки для воды); легко снимать для зарядки, емкость больше, чем у “бутылок”.
    Минусы: не подходит для e-MTB, т.к. относительно уязвим при падениях.

Батарейный блок представленый на картинке ниже в настоящее время самый популярный, его можно купить за 2995 руб. Вместимость: 65 аккумуляторов 18650. Также его можно купить уже в сборе за 22 838 – 31 000 руб, или у другого продавца батарею (13-17,5 Ah) за 20 386,15 – 29 206,52 руб. Я использую именно такой уже два года в условиях пересеченной местности. Нареканий нет.

батарея для электровелосипеда дельфин
Самый популярный вариант батареи “Дельфин”

Батареи “дельфин” используются в конструкции, как дешевых электрофэтбайков, так и дорогих фирменных городских электровелосипедов.

дельфин батарея для электровелосипеда
Простенький популярный китайский фэтбайк. Цена: 98000 руб
батарея для электровелосипеда
Creme Ristretto ON+ Solo E-Bike 2020 с кареточным мотором Shimano. Цена: 184166 руб.
супер-емкая батарея для электровелосипеда
Хорошая съёмная батарея на 143 литий-ионных ячеек 18650. Называется Б143 Химия NMC. Вес: 8 кг. Разработана и изготовляется в Самаре. Есть у них батареи и меньшей емкости.
батарея для электровелосипеда на фэтбайк
Электрофэтбайк с батареей Б143

Из бюджетных вариантов, самая емкая батарея 36, 48, 52 V для электровелосипедов на 91 ячейку 18650. В нее можно заложить больше 1 кВт⋅ч. Цена за корпус: 3120 руб.

самая емкая съемная батарея для электровелосипеда
Самая емкая батарея “Дельфин”
чехол на батарею в стиле дельфин
Некоторые компании выпускают весьма стильные чехлы на батареи. На этой картинке чехол фирмы Michael Blast.

Батарея встроенная в раму электровелосипеда

Внешние батареи

Наиболее распространённые типы представлены на картинках. Если вы хотите использовать один из этих вариантов, вам придется приобрести либо специально разработанную раму, либо электрический велосипед в сборе.

встроенная батарея для электровелосипеда
Поскольку конструктивно электровелосипеды с вертикальной загрузкой батарейного блока просты, то и цена их минимальна. Эта весьма популярная модель стоит 74 918 – 96 026 руб.
встроенная батарея для электровелосипеда
Особенно часто вертикальные батарейные блоки используются в складных городских электрических велосипедах. Батарея этой крошки – 48V21/30/32A. Купить такой е-байк можно за 30 681 – 58 295 руб.

Пространственные рамы

В просторечии – мангалы. По сути это обширные металлические батарейные отсеки к которым приделаны руль, колеса и прочие мелочи. Эти конструкции рассчитаны на высокие скорости и дальнобойность. По сути велосипедами не являются, скорее это электроскутеры с педалями.

батарея для электровелосипеда мангал
Купить эту пространственную раму в Китае можно за 51000 руб. Что бы она стала похожа на то, что вы видите на фотографии и поехала нужно будет добавить еще минимум 120000 руб.

Батарея, как элемент рамы

Вершиной эволюции электровелосипедов являются изделия в которых батарея встроена в раму и визуально незаметна.
Плюсы: эффектный дизайн, все провода идут внутри рамы, батарея хорошо защищена от механических повреждений.
Минусы: небольшая ёмкость и высокая цена.

интегрированная в раму батарея для электровелосипеда
Алюминиевая рама со встроенной батареей и кареточным мотором Bafang 500W. Можно купить за 210000 руб.

Конструктивных решений множество. Приведу наиболее распространённые в разных ценовых категориях.

электровелосипед со встроенной в раму аккумуляторной батареей
Инженерные решения позволяют использовать скрытые в раме батарейные отсеки и в складных электровелосипедах. Цена: от 86000 руб.
батарея для электровелосипеда внутри рамы
Cube Acid Hybrid One 400 29 E-Bike 2020
У известных производителей велосипедов мотор-колёс мы уже не увидим. Тут стоит кареточный электромотор Bosch Performance. Аккумуляторная батарея: Bosch PowerPack 400. Вес: 22.1 кг. Купить такой электровелосипед можно за 120345 руб.
батарея для электровелосипеда в раме
Cube Reaction Hybrid EX 625 29 E-Bike 2020
Мотор: Bosch CX Generation 4. Аккумулятор: Bosch PowerPack 400. Вес: 23.8 кг. Купить этот электровелосипед можно за 184000 руб.

Классификация аккумуляторов

Электрический аккумулятор — это химический источник тока, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд). Термин «аккумулятор» используется для обозначения отдельного элемента. То-есть аккумулятор не = батарея. Батарея – это совокупность аккумуляторов. С этим разобрались.

Различных типов аккумуляторов около тридцати. Тип аккумулятора определяется используемыми материалами. Вне зависимости от типа аккумулятора, как только вы его приобрели, он сразу начал деградировать, даже если вы его не используете. Так что не сидите дома. Больше катайтесь! )
В электровелосипедах используются следующие типы:

Свинцово-кислотный аккумулятор

Используются в самых дешевых версиях самодельных электровелосипедов. В настоящее время никакого смысла в их применении нет.

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion)

Когда в начале 1990-х годов на рынок были выпущены литий-ионные элементы, они ознаменовали начало новой эры. Прорыв был очевиден. Прежде всего они отличались высокой емкостью при относительно небольшом весе, что оказалос особенно полезным при использовании их в портативных устройствах, таких как ноутбуки, смартфоны, аккумуляторные дрели. Трое ученых, положивших начало этой революционной технологии, – Стэнли Уиттингем, Акира Йошино и Джон Гуденоф – были удостоены Нобелевской премии по химии.

  • Это самые современные, популярные, лёгкие и ёмкие аккумуляторы, что очень важно для облегчения конструкции электровелосипеда.
  • Максимальная удельная ёмкость.
  • Количество циклов заряда и разряда от 300 не снижает номинальную емкость. К примеру Riese & Muller гарантирует, что используемые ими батареи Bosch будут по-прежнему заряжаться на 60% через два года или после 500 циклов зарядки.
батарея для электровелосипеда
LG аккумуляторы INR18650MJ1

В настоящее время наиболее популярным и удобным является хорошо зарекомендовавший себя стандарт Li-ion аккумуляторов – 18650 (как обычная пальчиковая батарейка). Более новым стандартом является – 21700. Но опыт его использования в электротранспорте пока не велик.

Литий-ионные АКБ можно эксплуатировать при морозе до -20 °С, но расстояние пробега при использовании батареи в таких условиях существенно сокращается из-за снижения токоотдачи. К тому же, при температуре ниже -10 °С литий-ионные АКБ быстро разряжаются. Частично решить проблему позволяет утепление аккумуляторной батареи теплоизоляционными материалами.

На сегодняшний день для сборки батарей электровелосипедов следует рассматривать следующие варианты:

Samsung      INR18650-25R 2500mAh
Sony/Murata US18650VTC6 3000mAh
Sony/Murata US18650VTC5 2600mAh
Samsung      INR18650-30Q 3000mAh
Panasonic    NCR18650B    3350mAh
Panasonic    NCR18650PF    2900mAh
Samsung    INR18650-35E 3450mAh
Sanyo          NCR18650GA    3350mAh
Samsung    INR18650-29E 2900mAh
LG                INR18650MJ1  3500mAh
LG                INR18650HG2  3000mAh
LG                INR18650MH1  3200mAh

В сети имеется масса тестов и статей про аккумуляторы формата 18650. Также можно просадить фантастическое количество времени на тематические форумы. Сравнивать характеристики различных элементов удобно тут.

Если же вы желаете просто получить батарею для электровелосипеда соответствующую вашим требованиям, по приемлемой цене, без проблем и в разумные сроки, проще обратиться к профессионалам.
Уже довольно давно сборка батарей вполне конкурентный бизнес и цены никто не задирает.

Я считаю, что самым разумным вариантом является приобретение корпуса батареи на Алиэкспрессе, а покупать элементы и заниматься сборкой проще в России. Вот несколько фирм занимающихся продажей аккумуляторов и сборкой:
https://www.li-force.ru/ (Томск, но работают и по почте)
https://small-china.ru/workshop (Москва)
https://e4bike.ru/page/battery-configurator (Зеленоград)

Многие владельцы электротранспорта собирают батареи электровелосипедов и электросамокатов самостоятельно, приобретая элементы в Китае. Это дает некоторую экономию при сборке. Но нужно анализировать отзывы на элементы конкретного продавца. Китайские интернет-магазины склонны к легким заработкам на подделках, но те, кто наработал хорошую репутацию к обмана по возможности избегают.

Среднетоковые элементы в 2020 году популярны такие, высокотоковые такие.

Литиевые аккумуляторы имеют специальные требования при подключении нескольких ячеек последовательно. Зарядные устройства для таких многосоставных аккумуляторов с ячейками или сами аккумуляторные батареи снабжаются схемой балансировки ячеек (в просторечии БМС). Battery Manage System представляет собой электронное устройство для контроля за состоянием батареи, в наиболее развитых BMS реализованны следующие функции: защита от перезаряда, защита от переразряда, балансировка, защита от короткого замыкания, защита от длительного превышения разрядного тока.
Если вы заказываете сборку батареи мастерской, то нужно сказать какую БМС ставить (зависит от того, какой мотор вы используете). Если собираете батарею самостоятельно, то БМС можно приобрести в интернет-магазине.

Хранение аккумуляторов
Вопросам связанным с долговременным хранением Li-ion аккумуляторов посвящена отдельная статья.

LiFePO4

Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP) — тип электрического аккумулятора, являющийся видом литий-ионного аккумулятора, в котором используется LiFePO4 в качестве катода.

Какой тип элементов питания лучше использовать в вашем случае – зависит от условий предстоящей эксплуатации электровелосипеда. В большинстве случаев оптимальным выбором становятся литий-ионные аккумуляторы. Они дешевле, выигрывают в весе и при щадящей эксплуатации имеют ресурс около 1000 циклов. Но для регулярного использования электровелосипеда при низких температурах стоит выбрать LiFePO4. Но весят литий-железо-фосфатные АКБ больше, чем аналогичные им литий-ионные батареи.

На мой субъективный взгляд LiFePO4 отмирает побеждённый Li-ion. Научные разработки в этом направлении прекратились. Где покупать качественные элементы этого типа не особо понятно.

Тема использования LiFePO4 аккумуляторов в электротранспорте обширна, мутна и противоречива.

При использовании этих элементов следует соблюдать некоторые правила.

  • Нужно использовать специальные зарядные устройства для LiFePO4 аккумуляторов с обозначением конечного напряжения зарядки – оно отличается от АКБ других типов.
  • Не следует допускать полного разряда батареи.
  • Не следует оставлять аккумулятор в разряженном состоянии.
  • Холодную батарею перед подзарядкой нужно выдержать несколько часов в помещении, чтобы она прогрелась до температуры, близкой к комнатной.
  • Не следует заряжать аккумулятор на морозе, поскольку после прогрева АКБ до комнатной температуры возникнет перезаряд, существенно снижающий ресурс батареи.
  • БМС для этих элементов нужно брать соответствующие. Сейчас в моде БМС этой компании.

Li-Pol

Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор (lithium-ion polymer battery); аббревиатуры: Li-pol, Li-polymer, LIP, Li-poly и т. д.) — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал.
Лучше оставить этот тип аккумуляторов авиамоделистам. Li-Pol аккумуляторы пожароопасны при перезаряде и/или перегреве. По этой же причине требуют специальных алгоритмов зарядки (зарядных устройств).

Ёмкость и пробег

Подробная статья про емкость батареи и максимальный пробег электровелосипеда доступна по ссылке.

Для того, что бы примерно оценить зависимость пробега электровелосипеда от ёмкости батареи рекомендую поиграться с калькулятором.

Что собой будет представлять ваша батарея в совокупности с конкретным мотором можно прикинуть на симуляторе.

электровелосипед

Какой емкости батарея вам нужна?

Как правило, лучше всего приобрести батарею самой большой ёмкости на самых качественных и современных элементах, поскольку это будет означать более длительный срок службы батареи (т. е. меньшее количество циклов зарядки), а также большую универсальность использования электровелосипеда.
Но чем больше ёмкость батареи – тем выше её объем, цена и вес. Так что ищите компромисс.

Зарядка аккумуляторов

  • В каком порядке подключать зарядное устройство к розетке и батарее единого мнения нет. Желающие углубиться в тему могут проследовать сюда.
  • Заряжайте аккумуляторы только теми зарядными устройствами, которые специально для этого разработаны. В Москве зарядные устройства вдвое дороже. Лучше купить на Алиэкспрессе.
батарея для электровелосипеда зарядное устройство
Зарядное устройство на 5A. Цена: 3506 руб.

Наиболее бережно, но долго (около 8 часов) батареи с Li-ion заряжаются зарядками на 2A (у меня вот такая, со штекером для батареи типа “Дельфин”). Такая долгая зарядка неудобна в путешествиях. Поэтому для туризма лучше купить более мощное зарядное устройство на 10А (0,76 кг), 6,6А или (1,2 кг), 4,5А.

На первый взгляд, более мощные зарядные устройства практически не имеют недостатков, но на практике существует фундаментальная проблема: с ростом производительности растет и вес. Быстрое зарядное устройство было бы особенно полезно в дальних путешествиях, поскольку компактные – слишком медленные, чтобы заряжать аккумулятор во время короткого перерыва на обед. Однако быстрое зарядное устройство значительно тяжелее и займет гораздо больше места в вашем рюкзаке. В настоящее время лидер отрасли Bosch предлагает три зарядных устройства, которые отлично иллюстрируют взаимосвязь между временем зарядки, весом и размером.

Время зарядки Bosch eBike Systems (аккумулятор на 500 Wh)

время зарядки аккумуляторной батареи для электрического велосипеда

Правильные зарядные устройства заряжают батарею быстрее в начале процесса зарядки и медленнее к концу цикла зарядки (чтобы защитить элементы). Например, Bosch заявляет: «Чтобы зарядить аккумулятор до 50% емкости, быстрому зарядному устройству потребуется чуть больше часа». Если вы предположите, что для полной зарядки потребуется 2 часа, то ошибетесь, поскольку на самом деле это займет 3 часа.

Лидером по скорости зарядки батарей электровелосипедов является компания Haibike. Их быстрое зарядное устройство на 10А было разработано в сотрудничестве с BMZ и заряжает батарею 630 Wh до 80% за 60 минут, а для зарядки от 0 до 100% требуется всего 1,5 часа. Вес зарядного устройства: 2,275 кг и подходит оно только для электровелосипедов FLYON.

Батарея и вода

Поскольку в батарее нет никаких движущихся деталей, никаких проблем с влагоизоляцией у вас не возникнет. Пленка + герметик и не страшны ни дождь, ни погружения в воду. О том, как себя ведет не изолированная батарея под водой, можете посмотреть кинушку:

Секреты батареестроения

Мы не знаем точно, как некоторые известные производители экономят вес батареи или заряжают батарею быстрее, но при более внимательном рассмотрении различных фирменных батарей выявляются некоторые интересные цифры. Встроенная батарея Bosch PowerTube на 500 Wh весит примерно на 200 г меньше, чем встроенная батарея Shimano STEPS BT-E8020 на 504 Wh. Батарея Bosch PowerPack емкостью 500 Wh на 100 г легче батареи на 504 Wh Shimano STEPS BT-E8010.

Столь же интересно посмотреть на время зарядки. В то время как быстрое зарядное устройство Bosch полностью заряжает батарею за три часа, быстрое зарядное устройство Shimano STEPS EC-E6000 делает это только за четыре часа. TQ на шаг впереди и может зарядить батарею 630 Wh до 80% емкости за один час. Быстрое зарядное устройство Bosch разряжает только 40% батареи на 500 Wh за один час. Эти различия могут быть связаны как с химическим составом элементов, так и с зарядными токами, допустимыми производителями.

Сгорим или взорвемся?

Боцман Серега купил батарею,
Что б на ебайке к блядям подъезжать,
Судно на дне, на торчащую рею,
Чайки садятся перо подчищать.

Литий является легковоспламеняющимся металлом. В зависимости от типа элементов они могут без каких-либо проблем нагреваться от 150 °C до 250 °C. Если этот предел превышен, литий вступает в реакцию с другими химическими компонентами выделяя еще больше тепла. При температуре около 300 °C начинка элемента начинает гореть. Чтобы этого не случилось, аккумуляторные батареи на литий-ионных элементах имеют встроенную электронную схему, так называемую систему управления батареями (БМС или BMS) о которой я писал выше.

Несмотря на то, что воспламенение качественных батарей крайне редки, а производители батарей гарантируют качество своего продукта и используемых компонентов, рекомендуется придерживаться нескольких общих рекомендаций:

  1. Используйте только те аккумуляторные элементы и зарядные устройства, которые сертифицированы в соответствии с определенным стандартом безопасности (стандарт CE). Элементы, BMS и зарядное устройство – это не то, на чем можно экономить.
  2. Не подвергайте аккумулятор воздействию экстремальных температур. Идеальный диапазон температур составляет от 10 °C до 30 °C.
  3. Избегайте глубокой разрядки: если вы не используете свой электровелосипед в течение длительного времени, вы должны снять аккумулятор с электровелосипеда и хранить его в соответствии с рекомендациями изложенными в статье: Долговременное хранение литий-ионных аккумуляторов.
  4. Если батарея долгое время хранилась в холодном месте, перед зарядкой ее следует сначала медленно вернуть к комнатной температуре. Не оставляйте аккумулятор без присмотра при первой зарядке.
  5. Не заряжайте батарею на легковоспламеняющихся предметах или вблизи легковоспламеняющихся веществ (бензин и т.п.). Лично я заряжаю батарею в армейском железном ящике.
  6. Не используйте батарею, если она повреждена. Не все BMS могут обмениваться данными со всеми электромоторами, есть нюансы. Если BMS не подходит, это может привести к осложнениям.

Дмитрий Константинов
20.01.2020
последний апгрейд 27.04.2020

7 комментариев

  1. Ничего нового для себя не вычитал, но для тех кто не в теме все разжевано хорошо.

  2. Зачетный текст! Все по делу и не скучно. Но для большинства слишком сложный. Я с народом много общаюсь. Редко кто понимает что такое емкость да и читать уже не могут. Только ютюб смотрят.

  3. Если живешь за городом лучше иметь два зарядных устройства. Они иногда выходят из строя.

  4. Отличная статья! Если я правильно понял, для сборки батареи нужно использовать элементы с высокой токо отдачей. Не ниже 25А ?

  5. Пару раз заказывал на Али литий-ионные батареи. Качество нормальное.
    Если использовать корпуса типа дельфин то лучше делать дополнительное крепление хомутами. Допишите это в статью.

Добавить комментарий

error: Копирование материалов сайта запрещено.
%d такие блоггеры, как: