Batteriegrundlagen und Terminologie

- Jun 15, 2018-

Stromspannung

Akkupacks bestehen aus einzelnen miteinander verbundenen Zellen. Jede Zelle hat eine mehr oder weniger konstante Spannung, die von ihrer Chemie abhängt. Für NiCad / NiMH ist dies ungefähr 1,2 V, für Bleisäure ist es 2,0 V und für Lithiumzellen liegt sie in der Größenordnung von 3,7 V. Typische E-Bikes und Scooter sind für 24, 36 oder 48 Volt ausgelegt, daher müssen einige Zellen in Reihe mit einer "Batterie" verbunden werden, die die gewünschte Netzspannung hat. Eine nominelle 36V-Packung könnte aus 10 Lithiumzellen, 18 Bleisäurezellen oder 30 NiMH-Zellen hergestellt werden.

Amperestunden

Wenn Sie Strom aus einem Akkupack ziehen, nimmt die Spannung sehr langsam ab, bis die Zellen entladen werden und die Spannung absinkt. Die Zeit, für die die Batterie ausreicht, hängt direkt von ihrer Kapazität ab, gemessen in Amperestunden (Ah). Ein Paket, das 1 Ampere für 1 Stunde liefern kann, hat eine Kapazität von 1 Ah. Die meisten Ebikebatterien liegen in der Größenordnung von 10 Amperestunden. Angenommen, Ihr Fahrrad verbraucht im Durchschnitt 15 Ampere und hat ein 10 Ah Pack, dann würden Sie erwarten, dass es für - schnelle, mentale Berechnung ... - 40 Minuten dauert.

Im Allgemeinen skalieren die Größe und die Kosten einer Zelle direkt mit ihrer Amperestundenkapazität. Bei einer ersten Bestellung würde zweimal die Amperestunde die doppelte Größe, das doppelte Gewicht und die doppelten Kosten bedeuten. In der Praxis weicht dies aufgrund unterschiedlicher Packungsdichten und Produktionsskalen ein wenig ab, ist aber meist ziemlich nah. Zum Beispiel hat das bekannte 'AA' NiMH ungefähr 2 Ah, eine 'C' Zelle hat 4 Ah, eine 'D' Zelle ist ungefähr 8 Ah, die großen 'F' Zellen sind 12-13 Ah und Doppel-D Zellen sind 18-19Ah.

Wattstunden

Die Zahl, die am wichtigsten ist, wenn man vergleicht, wie weit ein bestimmter Akku reicht, ist nicht die Kapazität der Amperestunde, sondern die Gesamtenergie, die in Wattstunden gespeichert wird. Um die Dinge vertrauter zu machen, ist eine Wattstunde ein Tausendstel einer kWh, die Energieeinheit, die verwendet wird, um den Stromverbrauch im Haushalt zu messen. Die in einem Batteriepack gespeicherten Wattstunden werden angenähert, indem die tatsächlichen Amperestunden genommen und mit der Packungsspannung multipliziert werden.

Ein Setup mit höherer Spannung benötigt daher weniger Amperestunden, um denselben Bereich zu liefern. So kann eine 24V 8Ah Batterie 192 Wattstunden liefern, während eine 48V 4Ah Batterie auch 192 Wattstunden hat. Unter der Annahme, dass beide Batterien von der gleichen Chemie sind, könnten Sie erwarten, dass sie das gleiche wiegen würden, dasselbe kosten würden und die gleiche Leistung auf entsprechend entworfenen Ebikes (dh eines für 24V und das andere für 48V) liefern würden.

192 Wattstunden sind ungefähr die kleinste Batteriegröße, die Sie für ein E-Bike wünschen. Viele der im Geschäft gekauften E-Bikes haben ungefähr so viel Kapazität, da sie die Batteriekosten niedrig halten. Für Leute, die tatsächlich angemessene Entfernungen von 40-50 km pendeln möchten, würde ich in der Größenordnung von 400 Wattstunden empfehlen. Während es bei den Nutzungsgewohnheiten stark variieren kann, ist ein Energieverbrauch von 9-10 Wattstunden / km typisch für normale Direktantriebseinrichtungen.

Energiedichte

Beim Vergleich der Batteriechemie ist die Energiedichte in Wattstunden / kg eine der wichtigsten Größen. Diese Zahl sagt aus, wie schwer ein Akku sein muss, um eine bestimmte Reichweite zu erreichen. Für Bleisäure sind es 20-30 Wh / kg, für NiCad sind es 35-40 Wh / kg, NiMH ist 50-60 Wh / kg, Li-Ion ist ~ 110 Wh / kg und Li-Polymer ist bis zu 160 Whs / kg. Wenn Sie diese Werte kennen, ist es einfach, das Gewicht einer Packung zu projizieren, ohne dass Sie Daten vom Hersteller nachschlagen müssen.

C Rate

Ein Begriff, auf den Sie häufig stoßen werden, ist die C-Rate eines Akkupacks. Dies ist eine Möglichkeit, die Leistungsmerkmale zu normalisieren, so dass Batterien unterschiedlicher Kapazität zu gleichen Bedingungen verglichen werden. Angenommen, Sie haben ein 8-Stunden-Paket. Dann wäre 1C 8 Ampere, 2C wäre 16 Ampere, 0,25C wären 2 Ampere usw. Eine höhere 'C'-Entladungsrate ist anspruchsvoller für die Zellen und erfordert oft Spezialbatterien mit hoher Rate.

Angenommen, Sie sehen einen 24-V-4Ah-NiMH-Akku bei ebay, der für 1C kontinuierlich und 2C max für kurze Zeiten ausgelegt ist. Vielleicht möchten Sie zwei von diesen bekommen, um eine 48V 4Ah Batterie für Ihr E-Bike zu machen. Sie rechnen damit, dass die Reichweite für Ihren kurzen Weg zur Arbeit und zurück mehr als ausreichend ist. Das Problem ist, dass 1C nur 4 Ampere ist, während Ihr Ebike wahrscheinlich 10-20 Ampere zieht. Wenn diese Zellen derartigen Entladungsraten ausgesetzt sind, wird die Spannung beträchtlich absacken, was zu einer langsameren Leistung führt, und die Zykluslebensdauer der Packungen wird stark reduziert.

Die billigsten NiMH-Akkus sind nicht wirklich für Entladungen ausgelegt, die größer als 1C sind. Das heißt, wenn Ihr Ebike im Durchschnitt 15 Ampere verbraucht, möchten Sie ein Paket mit einer Kapazität in der Größenordnung von 15 Amperestunden mehr.