Jaké baterie (akumulátory) se používají pro elektrokola?
Rozvoj akumulátoru je tím co umožnilo prudký rozvoj elektrokol v posledních letech. Nikdo nechce jezdit na elektrokole, které váží 40 kg, protože jeho olověná (gelová) baterie sama
váží okolo 12 kg. Je to stejné složení akumulátoru jako ve vašem automobilu a jen si vzpomeňte, jak s ní zápasíte při výměně a jak se pronese jen z obchodu k autu. V roce 2002 se poprvé objevují v elektrokolech Nikl-Metal-Hybridové (NiMH) baterie, které jsou lehčí a vydrží více nabití, ale mají jeden problém, neumí podávat vysoký výkon po dlouhou dobu.
Na dnešním trhu elektrokol dnes panují Lithiové akumulátory, tedy baterie složené z článku typu Lithium-Ion, Lithium-Polymer a Lithium-Železo Fosfát. Každý typ má své příznivce a odpůrce, ale je důležité si říci, že baterie je složená buď z kvalitních článků a kvalitní elektroniky nebo z nekvalitních článků a nefunkční elektroniky. Fosfátové (LiFePO4) články se dnes uplatňují spíše u elektro skútru než v elektrokolech, protože jejich váha je asi o 30% vyšší než u jejich konkurentů.
Rozdíl mezi Li-Pol a Li-Ion článkem je zanedbatelný, nějaký typ polymeru se jako separátor katody a anody baterie používá v obou případech. Li-Ion baterie jsou ale preferovány a 
na vzestupu, protože nabízí výrobcům větší škálovatelnost a také vývoj směrem k vyšším kapacitám probíhá výrazně rychleji (cca +10% za rok). Fakticky se jedná o válečky vysoké 6,5 cm a široké 1,8 cm, tedy o něco větší než jsou klasické tužkové baterie, ve kterých je vrstva záporné elektrody (která je tvořená sloučeninami lithia) prokládána separátorem s kladnou elektrodou (tvořenou kysličníkem manganičitým) a to celé je zatočeno do ruličky a zalité ve vodivém elektrolytu. Jenom pro zajímavost, stejný typ baterií nejdete možná ve vašem notebooku (asi 5 kusů), nebo v populárním elektromobilu Tesla S (zde jich je přes 7000).
Rozdíly mezi bateriemi elektrokol dnes nejsou v chemickém složení, ale především v udávané kapacitě baterie, jejím výkonu v zátěži a v udávané životnosti batérie.
Kapacita baterie je udávaná ve Watt-hodinách (Wh). Počet Wh získáme vynásobením napětí baterie a jejího elektrického náboje, tzn. pokud vaše elektrokolo je postaveno na
nejběžnějším systému 36 V (můžete se setkat i se systémem 24V, 26V nebo 48V) a baterie má elektrický náboj 10Ah, pak kapacita vaší baterie je 360Wh. Dalo by se říci, že teoreticky baterie zvládne dodávat 360 W po dobu 1 hodiny. Protože existuje mnoho mýtů o dojezdu elektrokol a výrobci rádi udávají přemrštěné hodnoty dojezdu elektrokol na jedno nabití, je dobré vědět, že za ideálních podmínek (trasa po rovině) bude spotřeba energie 3-7 Wh/km, avšak již při sklonu terénu nad 6% vzroste spotřeba energie na 8-15 Wh/km. Spotřebu energie dále ovlivňují další faktory jako váha jezdce, technický stav kola, způsob jízdy (časté brzdění a rozjezdy), síla protivětru, teplota atp.
Velmi důležitou veličinou baterií je proud, který je schopna baterie dodávat motoru elektrokola v případě potřeby. Na trhu se můžete setkat s kapacitami baterií s hodnotou 600 i 800 Wh. Tato hodnota není nereálná, ale problém je v tom, že v takovéto baterii by měly být vysokokapacitní články s označením Hi-Power, které jsou značně dražší a rozměrnější. Jestliže je takto vysoká kapacita baterie uváděna u elektrokol, jejichž baterie je klasických rozměrů, pak jsou v takovéto baterii zcela jistě klasické články, které jsou podstatně levnější. Důsledek jejich použití je často ten, že při delší jízdě do kopce, elektronika baterii vypne, tak jako tomu bývalo u NiMH baterií.
Baterie jsou obecně nejdražší součásti na elektrokole. Na trhu najdete baterie za 7000, ale i za 17000 Kč, při stejné kapacitě těchto baterií. V čem je takový rozdíl, když oba výrobci uvádějí lithiovou technologii? V kvalitě článků a v řídící elektronice. Tyto dvě nejdůležitější součásti batérie v podstatě určují životnost baterie. Zatímco značkoví výrobci baterii jednotlivé články několikrát přeměřují a snaží se o výběr co možná nejpodobnějších článků s totožnými parametry a ty s nedostatečnými parametry vyřazují, neznačkoví výrobci sestavují své baterie právě z těchto vyřazených článků. Značkové baterie se tedy vyznačují minimálními odchylkami v napětí. Při nabíjení se elektronika baterie – tzv. Battery Management Systém (BMS) stará o to, aby všechny vybité články byly opět nabity na zcela stejnou úroveň. A taková baterie skutečně vydrží mnoho let, i když časem její kapacita vlivem chemických procesů klesá. U baterií levných výrobců se často stává, že se napětí jednotlivých článků velmi brzy mění a kapacita baterie, kterou elektronika vypíná při dosažení spodní limitní hodnoty s nejnižším článkem, jde rychle dolů. Dá se říci, že baterie se chová podle toho, jak se chová její nejslabší článek.
Jaké jsou druhy baterii pro elektrokola?
Nickel Metal Hydride (NiMH)
+ vysoká kapacita (2x vyšší než NiCd)
+ rychlé nabíjení
+ velká spolehlivost
+ skladování je možné v nabitém i vybitém stavu
– je nutné několikrát v průběhu roku články několikrát nabít a vybít, jinak může dojít ke znehodnocení elektrod akumulátoru a k nevratné ztrátě kapacity.
Lithium Ion (Li-Ion)
+ zvýšená kapacita
+ jsou velmi lehké
+ delší životnost
– vyšší cena
Lithium Polymerové (Li-Pol)
+ nejlepší poměr váha/výdrž/životnost
+ mají velmi nízké samovybíjení
– velmi citlivé na přesné nabíjení
Lithium Železo Fosfát (LiFePO4)
+ nižší výrobní náklady
+ netoxická
+ články dokážou velmi rychle absorbovat i vydávat energii
+ vynikající teplotní stabilita
+ možnost dodat vyšší proud
+ vysoký počet cyklů
– nižší napětí
– nižší energetická hustota
– větší rozměr
– vyšší hmotnost
Technologie LiFePO4 na rozdíl od Li-ion nových generací (NMC, NCA) za poslední léta neudělala významný pokrok v energetické hustotě, takže s nimi nelze nabídnout
velkokapacitní akumulátory pro elektrokola. Prostě se do existujících boxů velká LiFePO4 baterie nevejde. Jsou také podstatně těžší a dražší na stejnou kapacitu. Průmyslová výroba akumulátorů z normalizovaných cylindrických Li-ion článků 18650 je jednodušší a tedy i levnější, protože všechny články jsou jeden jak druhý. Také je u Li-ion snadné přejít na nové typy článků v budoucnu, protože formát 18650 zůstane zachován.
Životnost Li-ion vs. LiFePO4
Životnost je stále hlavní trumf LiFePO4 článků. Jenže 1000 a více nabíjecích cyklů nemá význam zdaleka pro každého. U běžného elektrokola to znamená celkový dojezd s kapacitou nad 70% cca 60 000 Km a u 99% uživatelů dříve akumulátor „umře na sešlost věkem“, než takovou porci kilometrů najedou. Protože všechny akumulátory určitým způsobem stárnou i bez ohledu na to, zda jsou používány, či nikoliv.
Značkové Li-ion články moderních chemických složení elektrolytu ( např. LiNiMnCo02 – Samsung, LiNiCoAl02 – LG) poskytují běžnému spotřebiteli zcela dostačující životnost s poklesem kapacity na 70% případně 83% po 500 celých vybíjecích cyklech (tedy cca 30 000 Km). Nicméně startovací kapacita za stejnou pořizovací cenu bývá zpravidla vyšší, než u LiFePO4.
Kam s ní?
Kam umístit akumulátor elektrokola je oříšek k rozlousknutí pro konstruktéry elektrokol. V každém případě doporučujeme možnost nabíjení, jak přímo v elektrokole, tak možnost
snadného vyjmutí a nabíjení akumulátoru mimo elektrokolo, například doma nebo v garáži na stole. Důležité je to také pro možnost uschování akumulátoru v suchu a teple v zimním období, kdy na kole nejezdíme a není dobré baterii vystavovat dlouhodobě nízkým teplotám.
Akumulátor bývá umístěn vzadu na nosiči kola, za sedlovou trubkou, na rámové trubce místo cyklistického bidonu nebo přímo integrován do konstrukce rámové trubky nebo jako textilní nebo plastová podsedlová brašna. Než se rozhodnete pro jednu z těchto variant, zvažte následující body:
- Geometrie kola – vyvážení, těžiště, možnost snadného transportu a chování při jízdě
- Nebezpečí odcizení baterie z odloženého kola
- Vzhled a design – viditelnost baterie a snadnost vyjmutí z kola
- Škálování kapacity – možnost nahradit stávající baterii za akumulátor s vyšší kapacitou
brašna na baterii pod sedlo
Tyto body nejlépe splňuje úzká baterie, která je celým svým objemem spojena a uzamčena k rámu elektrokola za sedlovou trubkou, nebo na speciálně designovanou hlavní rámovou trubku. Baterie na nosiči typicky umísťuje váhu na zadní kolo, současné „flaškové“ baterie pak mají problém s vibracemi při jízdě a mohou být snadným cílem zlodějů.
Nabíjení baterie a mýtus zvaný cykly
Od prodejců často uslyšíte, že baterie má 500, 1000 nebo snad 2000 nabíjecích cyklů…, ale buďte si jisti, že to nikdy nikdo z konstatujících nevyzkoušel. Smiřte se s faktem, že při dobrém zacházení vaše elektrokolo baterii přežije a časem, tak do 5-6 let, bude nutné investovat do baterie náhradní. Ale baterie stárne, i když jenom leží, takže důrazně nedoporučujeme kupovat si druhou baterii tzv. „do foroty“.
Na prodejně často slýcháme dotaz na cenu náhradního akumulátoru. Pro prodloužení dojezdu je nejlepší si sebou vzít raději rychlou nabíječku. Při zastávce na oběd doplní zpět
desítky procent (některé i 80% za 1,5 hod) a baterie je na časté nabíjení stavěná. Při nízkém napětí baterie také pocítíte, že se výkon motoru výrazně zvýšil a proto není dobré na elektrokole jezdit takzvaně „na doraz“. Doba nabíjení baterie je velmi nedůležitá hodnota – krátkodobě vám stačí za 2 hodiny nabít o 60%, kompletního nabití pak dosáhne baterie až po vyrovnání napětí všech článků, což může trvat 4 nebo i 6 hodin.
A častý dotaz provozovatelů restaurací, v nichž se rozhodnete vaši baterii nabít – „kolik to sežere“ má snadnou odpověď – plné nabití baterie např. o kapacitě 400Wh spotřebuje asi 500Wh (tepelné ztráty nabíječky, atd..), tedy 0.5 kWh. Při průměrné ceně proudu v ČR se jedná o sumu 2,50 Kč, při hodinovém nabíjení tedy nedlužte hostinskému jistě více než korunu.
Tipy pro prodloužení životnosti baterie elektrokola
Při nabíjení se zahřívají všechny typy současných akumulátorů. Ještě více se zahřívají jejích nabíječky, je to zcela normální.
Co je to paměťový efekt?
Traduje se, že paměťový efekt nastává, když je baterie znovu nabíjena, aniž by byla předtím zcela vybita. Baterie si pamatuje svou poslední zbytkovou kapacitu před jejím dalším nabíjením. Proto když dáte nabít baterie dříve, než je svým užíváním zcela vybijete, užitková doba baterie se bude snižovat. Baterie používané ve většině našich produktů (Li-Ion, Li-Pol) nemají žádný nebo úplně zanedbatelný paměťový efekt.
Co to znamená samovybíjení baterií?
Jestliže je baterie po úplném nabití odložena bez užívání, začne postupně ztrácet svou energii. Hodnota samovybíjení se pohybuje cca mezi 5 a 10% za měsíc při pokojové teplotě. Je
dobré baterii po dojezdu ihned připojit do nabíječky a udržovat baterii vždy pokud možno v nabitém stavu. Domněnka, že hluboké vybíjení prodlužuje životnost bateriových článků je hluboce zakořeněný nesmysl!
Co je to kapacita baterie a počet cyklů?
Kapacita nabíjecí baterie udává množství elektrického náboje, které je schopna baterie pojmout. Jednotkou je Ah (ampérhodina), takže baterie s kapacitou např. 10 Ah dokáže dodávat proud o velikosti např. 2A po dobu 5 hodin. Kapacita každého článku a tím i celé baterie článků stářím pozvolna klesá. Kapacita u baterií klesá dočasně také vlivem okolní teploty, proto při zimním provozu dochází k rychlejšímu vybíjení. Počet cyklů, které jsou udávány u baterií, garantuje její kapacitu po absolvování počtu cyklů na 70% původní hodnoty.
Jak zjistit výdrž baterie v elektrokole?
Informace o výdrži baterie si můžete jednoduše vypočítat z uvedených hodnot. Nejdříve vynásobte napětí baterie (V) a specifikovanými Ampér-hodinami (Ah) baterie. Tím získáte
hodnotu Watt-hodiny (Wh) tedy V x Ah=Wh. Nyní vydělte hodnotu Wh udávanou spotřebou elektřiny kola, která je udávána ve Wattech (W). Výsledkem je přibližná doba po kterou bude baterie fungovat (například 360 Wh baterie / 250 W motor = 1,44 hodiny).
Z této hodnoty, ale nelze odvodit dojezd elektrokola, který je ovlivněn mnoha dalšími faktory. Navíc elektromotor není při jízdě využíván vždy a ne vždy na plný výkon.
Repasování baterie pro elektrokolo
Provedení repase lithiové baterie elektrokola v podstatě znamená kompletní výměnu všech článků baterie za nové. Z důvodů dlouhodobého balancování článků a jejich různého napětí a kapacity nelze vyměnit pouze jeden nebo několik článků, vždy se mění celý obsah. Šetří se však náklady na novu elektroniku a obal baterie.
Protože jsou u repase většinou využity články s větší kapacitou, než byly původní, většinou se kapacita celé baterie ještě zvýší.
Co dělat s bateriemi po ukončení životnosti?
Baterie a akumulátory neukládejte na skládky ani neodstraňujte spalováním! Baterie je třeba speciální cestou recyklovat (recyklace spočívá v oddělení jednotlivých chemických složek baterie, kdy opětovná využitelnost komponent LiPol baterií přesahuje 70%).
Jednoduše baterii doneste do naší provozovny (Jumpsport.cz, Frýdlantská 158, 73801 Frýdek-Místek), případně kontaktujete sdružení ECOBAT s.r.o. (www.ecobat.cz, Soborská 1302, 160 00 Praha 6) pro zjištění nejbližšího sběrného místa. Použité baterie pochopitelně můžete zanechat i u svého lokálního prodejce elektrokola, který se o ní postará.
Jak je to se zárukou na batérie?
Přinášíme Vám rozhovor s Thomasem Raicou, vedoucím technické péče o zákazníky ve firmě BOSCH a jeho informace a rady, pro co nejlepší péči o Vaše baterie BOSCH Power Pack.
1. Co je zvláštní na lithium-iontových bateriích?
Thomas Raica: Lithium-iontové baterie patří mezi nejmodernější a nejběžnější baterie pro elektrokola. Díky vysoké energetické hustotě mohou ukládat více energie a mají poměrně nízkou hmotnost. Spoléháme se na lithium-iontovou technologii pro všechny naše baterie Bosch eBike – naše PowerPacks. Bosch baterie váží asi dva a půl kilogramu a patří mezi nejlehčí na trhu. Mají také nejvyšší energetickou hustotu.
2. Jaká je životnost baterie?
Thomas Raica: Lithium-iontové baterie jsou nejen lehké; mají také dlouhou životnost. Bosch PowerPacks jsou navrženy pro řadu výletů, vzdáleností a let. Inteligentní elektronický systém řízení baterií Bosch chrání lithium-iontové baterie před příliš vysokými teplotami, přetížením a hlubokým vybitím. Přesnou životnost však není možné předvídat. Životnost baterie závisí především na povaze a trvání zátěže, kterému je vystavena.
3. Jak můžeme ovlivnit životnost?
Thomas Raica: Chcete-li dosáhnout nejdelší životnosti baterie, je třeba dodržovat několik jednoduchých pravidel ochrany, přepravy a skladování. Zahrnují skladování baterie v suchém prostředí a chránit ji před přímým slunečním zářením při pokojové teplotě přibližně 15 ° až 20 ° C. Ideální úroveň nabití baterie při dkladování je mezi 30% a 60%. V ideálním případě by baterie měla být dobíjena při pokojové teplotě. Při přepravě elektrokola je důležité vyjmout baterii z jízdního kola a bezpečně ji uložit do auta.
4. Jak dlouho trvá nabíjení baterie?
Thomas Raica: Doba nabíjení závisí na kapacitě baterie. Používáte-li standardní nabíječku, PowerPack 300 trvá asi hodinu až na polovinu nabíjení, PowerPack 400 asi hodinu a půl a PowerPack 500 asi dvě hodiny. Naprosto vybitá baterie PowerPack 300 trvá dvě a půl hodiny, aby se plně nabila, PowerPack 400 tři a půl a PowerPack 500 čtyři a půl hodiny.
5. Jak daleko můžeme cestovat na jednu baterii?
A které faktory ovlivňují rozsah baterie? Thomas Raica: Pro mnohé eBikery jsou to zásadní otázky, na které však neexistují obecně platné odpovědi. Odpověď se může značně lišit – od méně než 20 až přes 100 km při plném nabití baterie. Mnoho různých faktorů ovlivňuje rozsah. Zahrnují úroveň asistence, cyklistické chování, odpor vzduchu, hmotnost cyklisty, tlak v pneumatikách a samozřejmě terén. Jaké jsou základní podmínky? Jedu na kole po asfaltové cestě, po polní nebo po lesní cestě? Zahrnuje moje trasa dlouhé výjezdy nebo vede pouze v plochém a otevřeném terénu? Všechny tyto faktory ovlivňují rozsah baterií. Pokud plánujete prohlídku, doporučujeme návštěvu www.bosch-ebike.com. Webová stránka obsahuje asistenta jednotlivých řad, který zohledňuje různé faktory a dává vám představu, jaký dojezd můžete očekávat, za podmínek, které zadáte.
6. Jaká opatření by měla být přijata v zimě?
Thomas Raica: Obecným pravidlem je, že chladné počasí snižuje výkon baterie. To je důvod, proč v zimě při teplotách pod nulou doporučujeme počkat až těsně před výjížďkou, než připojíte elektrokolo k baterii, která byla nabitá a skladována při pokojové teplotě. Pokud jste nepoužívali eBike poměrně dlouhou dobu – například v zimě – baterie by měla být skladována v prostředí, které je suché a chladné, a je nabita přibližně na 30% až 60% její kapacity.
7. Co je třeba dodržovat při čištění baterie?
Thomas Raica: Tlakový čistič není vhodný k čištění elektrokola, zejména jeho elektronických komponent. Doporučujeme utřít baterii vlhkým hadříkem. Nepoužívejte silné čisticí prostředky, které by mohly ovlivnit povrch a před čištěním elektrokola vždy vyjměte baterii. Její konektory by měly být také čas od času vyčištěny a lehce namazány.
8. Jak baterie nejlépe nabíjet?
Thomas Raica: PowerPacks s jejich lithium-iontovými články mohou být nabíjeny na krátkou dobu, jak se vám líbí bez ohledu na jejich stav nabíjení. Integrovaný systém řízení baterií PowerPack v kombinaci s nabíječkou Bosch chrání baterii před přetížením při nabíjení. Přerušení nabíjení zajistí, že sebaterie nepoškodí. Důležité je mít na paměti, že baterie elektrokol Power Pack by měly být nabíjeny pouze správnou nabíječkou, jinak by mohlo dojít k nenapravitelné škodě a záruční nároky by mohly být neplatné.
9. Kolikrát může být baterie dobita?
Thomas Raica: Dokonce po 500-stech úplných nabíjecích cyklech zůstane k dispozici 60 až 70% původní kapacity baterie. Při testu ADAC, který se uskutečnil na podzim roku 2015, byla baterie Bosch eBike plně vybita a nabita 1 515 krát. Dříve, než si zachovala pouze 30% své původní kapacity a již se skutečně nepoužívala. To znamená, že baterie by stačila až na 57 000 kilometrů – nebo jeden a půl krát kolem celého světa.
10. Kde lze baterie opravit?
Thomas Raica: Vysoce kvalitní lithium-iontové baterie, jako jsou Bosch PowerPacks, jsou složité, jemně vyladěné systémy, jejichž opravy vyžadují speciální odborné znalosti a propracované výrobní závody. To je důvodem, proč musí být vadná baterie v téměř všech případech vyměněna. Doporučujeme následující postup. Nejprve nechte prodejce zkontrolovat, zda je baterie skutečně vadná a nemá například poruchu v elektronice. To je něco, co může prodejce zkontrolovat pomocí systému správy baterií a diagnostického nástroje. Pokud je baterie vadná, prodejce ji zlikviduje s ohledem na bezpečnostní předpisy.
11. Jak likvidujete starou baterii?
Thomas Raica: Dealer se postará, aby byl Bosch PowerPack bezplatně likvidován způsobem šetrným k životnímu prostředí. Likvidaci řeší německý systém recyklace baterií GRS. Cenné materiály jsou vráceny do cyklu surovin, čímž se šetří zdroje.
Kdo je Thomas Raica?
Thomas Raica, 50letý strojní inženýr, pracuje u společnosti Bosch 24 let. Jako vedoucí oddělení technické péče o zákazníky společnosti Bosch eBike Systems udržuje vztahy s výrobci jízdních kol a spolupracuje se zákazníky v oblasti vývoje, pro snadný a rychlý přenos inovativních informací do profesního prostředí. Thomas je otcem dvou dětí. Ve volném čase je milovníkem historických automobilů a také horlivým cyklistou a má rád plavání.