Baterije za električna kolesa – vse, kar morate vedeti!
objavil Majda Rogelj
Ko boste pred nakupom brali o e-kolesih ali si ogledovali specifikacije baterije za električna kolesa, boste naleteli na številne izraze. Npr. velikost baterije, zmogljivost, napetost, amperske ure in vatne ure. Nekatere od teh besed so bolj ali manj zamenljive, druge so sorodne, vendar različne. Vse pa so zelo pomembne pri razumevanju električnih koles in njihovih zmogljivosti. Predvsem kako daleč vas lahko pripeljejo, preden jih je treba ponovno napolniti.
V prispevku vam bomo pomagali razumeti pomen običajnih izrazov o baterijah in njihovo povezavo z zmogljivostjo električnih koles, ki jih poganjajo.
Kaj so baterije za električna kolesa?
Baterije so eden ključnih elementov električnih koles. Potrebne so za napajanje motorja, ki nudi pomoč e-kolesarju in zmanjša količino človeškega napora, potrebnega za premikanje kolesa.
Baterije za e-kolesa so na voljo v različnih velikostih in jih je mogoče namestiti na okvir na različne načine. Nekatere so notranje in so nameščene znotraj okvirja kolesa. Kot takih jih ni mogoče odstraniti, razen z uporabo posebnih metod in orodij, ki so na voljo profesionalnim mehanikom. Druge so odstranljive za lažje polnjenje in zamenjavo. Lahko so nameščene popolnoma zunaj (na prtljažnik), delno integrirane (do neke mere pogreznjene v okvir) ali popolnoma skrite (v celoti integrirane in skoraj nevidne na kolesu).
Kje vse se lahko nahaja e-baterija (VIR 1)
Ne glede na vrsto so vse baterije za električna kolesa pravzaprav paketi baterij, ki so sestavljeni iz skupin celic. Podobno torej kot običajne standardne baterije AA ali AAA, ki jih uporabljamo vsakodnevno. Število celic in metoda, uporabljena za njihovo združevanje, določata, kako hitro lahko zagotovijo energijo in kako dolgo jo lahko še naprej dovajajo.
Najpogostejše baterije za električna kolesa so litij-ionske baterije za ponovno polnjenje, podobne tistim, ki se uporabljajo v pametnih telefonih. Litij-ionske baterije so učinkovite in jih je mogoče napolniti več sto ali celo tisočkrat, če zanje pravilno skrbite.
Terminolgija baterije za električno kolo
Najpogostejši izrazi v povezavi z baterijami za e-kolesa, ki jih morate poznati, so:
Volti (V): napetost, ki je količina električne sile ali tlaka, ki jo lahko proizvede baterija; hitrost izhodnega toka baterije. To se včasih imenuje tudi elektromotorna sila in je natančneje hitrost, s katero se elektroni premikajo skozi sistem.
Upoštevajte, da je to nominalna ocena, ki se uporablja za namene klasifikacije. V resnici se napetost baterije spreminja glede na količino energije, ki jo v danem trenutku črpa iz nje, kot tudi glede na trenutno stopnjo napolnjenosti baterije. Ko se tok črpa iz baterije, se njena napetost zmanjša. Napetost je določena s številom zaporedno razporejenih baterijskih celic.
Amperi (A): meritev moči izhodne moči ali toka baterije. Natančneje, prostornina elektronov, ki gredo skozi sistem. To je omejeno z velikostjo žic, ki sestavljajo sistem. Večje žice prepuščajo večji tok, manjše pa manj. Na splošno morajo sistemi z višjo napetostjo uporabljati manjše žice (ki omejujejo amperažo), da preprečijo pregrevanje.
Ojačevalnike si lahko omislite tudi kot količino energije, ki jo črpa iz baterije tisto, kar napaja, in lahko niha od trenutka do trenutka. V primeru baterij za e-kolesa in njihovih motorjev se porabi večje število amperov, ko motor deluje močneje (tj. npr. pri vožnji v hrib).
Tudi vreme vpliva na e-baterijo (VIR 2)
Amperske ure (Ah): meritev naboja; količina energije, ki jo je mogoče dostaviti skozi električni sistem v eni uri. V primeru baterije 10 Ah lahko odda 10 amperov moči v eni uri ali 1 amperov moči za 10 ur itd., odvisno od potreb komponente, ki ji dovaja moč. Amperske ure so določene s številom skupkov baterijskih celic, razporejenih “vzporedno”.
Vati (W): enota za moč, določena z volti in amperi; količino dela, ki ga lahko opravi en amper toka, dobavljenega pri 1 voltu. Količina dela je določena s hitrostjo porabe energije. Ta meritev se običajno uporablja samo za motor e-kolesa, vendar mora njegova baterija podpirati potrebe motorja.
Vatne ure (Wh): druga meritev zmogljivosti. V tem primeru količina dela, ki ga je mogoče opraviti, ali količina porabljene energije v eni uri. To je neposredna posledica napetosti baterije, pomnožene z njenimi amperskimi urami. Tako lahko baterija 24 V, 20 Ah in baterija 48 V, 10 Ah na papirju izgledata drugače, vendar imata približno enako količino energije. Zaradi tega so vatne ure bolj zanesljiv pokazatelj zmogljivosti pri primerjavi različnih baterij.
Krmilnik: naprava, ki omejuje pretok električne energije skozi tokokrog in preprečuje, da bi baterija naenkrat izpraznila svojo energijo. V smislu električnega kolesa so to »možgani«. Ti prilagajajo sistem za pomoč pri pedaliranju, količino vnosa, ki ga prispeva motor, in hitrost e-kolesa.
Kako kapaciteta baterije za električno kolo vpliva na doseg?
Čeprav obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na doseg električnega kolesa, je zmogljivost baterije eden od glavnih dejavnikov in je na splošno dober pokazatelj potencialne razdalje. In kot smo ugotovili, sta amperska ura in vatna ura dve različni enoti za merjenje kapacitete baterije e-kolesa.
Koliko ciklov lahko opravite z eno e-baterijo (VIR 3)
Če upoštevamo specifikacije baterije za električna kolesa v povezavi z avtomobili, so amperske ure enakovredne rezervoarju za gorivo. Večje število amperskih ur pomeni več goriva v tem rezervoarju, zato višja vrednost vatnih ur pomeni, da lahko e-kolo prevozi večjo razdaljo (ali hitreje na krajši razdalji). Zaradi prej omenjenega razmerja med volti, amperskimi urami in vatnimi urami bo imela baterija z višjo napetostjo več vatnih ur, če imata dve bateriji enako nazivno moč amperskih ur, a različni napetosti. Zaradi tega se vatne ure na splošno štejejo za najbolj uporabno specifikacijo baterije za potrošnika.
Tu pa se začnejo stvari nekoliko zapletati. Ker baterija e-kolesa neposredno vpliva na njegov motor, so napetost, tip, specifikacije in učinkovitost motorja tudi del enačbe dosega (kot se je izkazalo, je to lahko zelo dolga enačba).
Vsi naslednji dejavniki (in mnogi drugi) vplivajo na doseg e-kolesa, ki presega samo oceno njegove baterije v vatni uri:
- Napetost motorja in moč v vatih
- Teža voznika in tovora
- Vreme in veter
- Hitrost
- Teren (cestna površina in hribi)
- Število postankov/zagonov
- Količina in ustrezen čas voznikovega vnosa (pedaliranja)
- Velikost pnevmatike in vrsta tekalne plasti
Bolj ekstremen, kot je kateri koli od teh dejavnikov, manjši doseg bo lahko zagotovila baterija za e-kolesa. To zato, ker bo moral motor opraviti več dela, da bi nadomestil. Kot taka bo morala črpati več energije iz baterije za kompenzacijo, kar bo zmanjšalo preostali razpoložljivi naboj.
Velikost in cene baterije za električna kolesa
Na splošno je baterija e-kolesa njegova najdražja komponenta. Glede na to, kako so baterije sestavljene iz skupka posameznih celic, je večje število celic enako večjemu številu amperskih in vatnih ur, a tudi višji strošek.
Zaradi tega je pomembno razmisliti o praktičnem obsegu za vaše osebne potrebe, da zagotovite, da ne boste preplačali za ogromno baterijo, ki je dejansko ne potrebujete. Razširjeni doseg je morda videti dobro na papirju, vendar lahko močno preseže razdaljo, ki jo boste dejansko prevozili.
Baterija na prtljažniku (VIR Newbike)
Amperske ure in moč motorja baterije e-kolesa
Napetost baterije in vatne ure električnega kolesa se morata ujemati s potrebami motorja. Razpravljali smo o tem, kako je večja napetost v sistemu motor/baterija enaka večji takoj razpoložljivi moči in hitrosti, a do neke mere. Zmogljivost baterije mora podpirati tudi nazivno moč motorja, s katerim je povezana. Nominalno pomeni, da motor VEČINO časa deluje na tej ravni. Vendar lahko doseže vrh pri opravkih, ki od njega zahtevajo večjo moč, kot je vožnja po klancu.
Tukaj prečkamo bolj specifikacije motorja, vendar sta povezani. Motor z močjo 250 W ne bo zagotovil toliko moči in pomoči e-kolesu kot motor z močjo 750 W. Toda večji motor mora črpati več energije iz baterije. In zato potrebuje baterijo z večjim številom amperskih ur (in s tem vatnih ur), da deluje učinkovito in zagotavlja funkcionalni obseg.
Izračun dosega e-kolesa
Če zanemarimo vse dejavnike, razen specifikacij baterije in motorja, je mogoče z nekaj osnovne matematike izračunati grobo oceno dosega e-kolesa.
Učinkovitost baterije glede na njen motor je v veliki meri povezana z njeno zmogljivostjo v vatnih urah. Kot je omenjeno v zgornjem razdelku definicij, se to lahko izračuna z množenjem voltov in amperskih ur, kot je prikazano spodaj:
Wh (vatne ure) = V (volti) x Ah (amperske ure)
Predpostavimo npr., da delamo z baterijo 36 V, 14 Ah. Z uporabo zgornje enačbe lahko ugotovimo, da je nazivna vatna ura za to baterijo 504 Wh. Predpostavimo tudi, da je ta vir energije združljiv s tremi različnimi e-kolesi, od katerih ima vsako motorje v zadnjem pestu običajne velikosti in krmilnike, zasnovane za 36-voltni sistem:
E-kolo 1 ima 250-vatni motor, e-kolo 2 ima 500-vatni motor in e-kolo 3 ima 750-vatni motor. Oceno vatne ure baterije lahko delimo z vatno porabo motorja, da ugotovimo, kako dolgo naj baterija napaja vsako e-kolo:
- E-kolo 1: 504 Wh / 250 W = 2,02 ure
- E-kolo 2: 504 Wh / 500 W = 1,01 ure
- E-Bike 3: 504 Wh / 750 W = 0,67 ure ali približno 40 minut
Baterija, integirana v okvir (VIR Newbike)
Pomembna sta 2 dejavnika
Prvič, kot smo razpravljali prej, je nazivna moč motorja nominalna, njegova dejanska moč pa se spreminja. Bolj kot njegova moč presega nazivno vrednost, manj časa bo trajalo, da se baterija izprazni.
Drugič, ugotovili smo, da gre za motorje z zadnjim pestom, ki so po navadi manj učinkoviti kot motorji s srednjim pogonom (tisti, ki je nameščen na spodnjem nosilcu). Srednji pogoni imajo neposredno povezavo z gonilkami pedalov in se posledično veliko bolj zanašajo na vnos kolesarja. To zmanjša količino dela, ki ga mora opraviti sam motor, in podaljša življenjsko dobo baterije. Iz tega razloga ima lahko manjši motor s srednjim pogonom 250 W učinkovitost in doseg večjega motorja s 500 W zadnjega pesta. Faktoriranje podvrst motorjev v pestu lahko dodatno vpliva na stvari, toda v tem prispevku bomo stvari čim bolj poenostavili.
Za večino ljudi količina časa ni tako uporabna kot enota razdalje, zato lahko z nekaj dodatne matematike izračunamo približno najmanjšo kilometrino e-kolesa z enim dodatnim korakom. Da, to še dodatno zaplete stvari, vendar je rezultat na koncu pomembnejši.
V idealnem primeru morate poznati svojo povprečno potovalno hitrost na e-kolesu, ki jo lahko načeloma izračunate s katero od spletnih aplikacijo za sledenje telesne pripravljenosti, če pa tega še nimate, lahko ocenimo približno 25 km/h.
Če torej upoštevamo isto baterijo 36 V, 14 Wh in ista tri e-kolesa z različnimi močmi motorja od prej:
- E-kolo 1: 2,02 ure x 25 km/h = 50,5 km
- E-kolo 2: 1,01 ure x 25 km/h = 25,25 km
- E-kolo 3: 0,67 ure x 25 km/h = 16,75 km
S temi izračuni lahko vidimo, da bo motor, povezan z baterijo, ki ima vatne ure, ki presegajo nazivno moč, omogočal bistveno več kilometrov kot motor z vatnimi urami pod nazivno močjo. Iz tega razloga na splošno priporočamo vsaj razmerje 1 proti 1 med nominalno izhodno močjo motorja in nazivno vatno uro baterije, tj. 500-vatni motor in vsaj 500 vatnih ur baterija.
Napetost in amperi akumulatorja e-kolesa – navor in zmožnost vzgona
Sposobnost e-kolesa za vožnjo po strmih klancih je odvisna od voznika in prestave, vendar je določena tudi z navorom ali meritvijo rotacijske moči. To bolj posega na področje motorja, krmilnika in ožičenja ter zato bolj v inženirski vidik električnega sistema e-kolesa. Vendar je povečanje vatov enako povečanju navora (saj so vati enaki delu, ki ga je mogoče opraviti). Ker so vati neposredno sorazmerni z volti in amperi, bo povečanje bodisi dejansko povečalo tudi navor.
Za potrošnike so specifikacije motorja veliko pomembnejše za razumevanje moči navzgor kot specifikacije baterije. Vsak motor e-kolesa ima oceno navora v njutonmetrih (Nm), kar je najpomembnejša številka, če upoštevamo sposobnost e-kolesa za vzpon v hribe. Višja ocena v njutonmetrih pomeni boljšo zmogljivost navkreber.
Upoštevajte varnostna opozorila glede uporabe baterij za električna kolesa (VIR 4)
Zakaj razumevanje baterij za e-kolesa nujno?
Čeprav je tema baterij in električnih sistemov zagotovo zapletena – v prispevku smo zapisali samo osnovne informacije – upamo, da boste s temi informacijami bolje razumeli specifikacije baterije za električna kolesa.
Hitro lahko prezrete pomen vrednosti, vključenih v specifikacije baterije za e-kolesa, in hitro vas lahko zavede standardno prepričanje, da je večje enako boljše. Ko začnete razmišljati, kako so večje in manjše številke, povezane z baterijo, povezane s praktično uporabo e-kolesa, lahko bolje razumete, kako te meritve ustrezajo vašim potrebam.
Upamo, da zdaj vsaj malce bolj razumete, kaj pomenijo vse številke in kaj to ne nazadnje pomeni v praksi. Če v zvezi s tem potrebujete še malo več pomoči, vas vabimo, da se nas kontaktirate in z veseljem vam bomo pomagali!
