jezkovyvoci.cz

Jen baterky nás drží při zemi

Motor i jeho  jeho střídavý regulátor je na 24 voltů. Lepší, to znamená výkonější a rychlejší (víceotáčkové) motory jsou na vyšší násobky 12ti - 36voltové i 48 voltové. Experimentální stíhačky jsou i na 72 voltů, to se už blíží napětí u běžných elektromobilů (110/120 voltů).

Regulátor u motoru (to je to co řídí fáze u střídavého motoru a posíla proud podle "plynu" do motoru) má i jednu záludnou funkci navíc - hlídá minimální napětí baterií prostým odpojením zdroje. To na jedné straně šetří životnost baterií ale na druhou stranu je omezující u některých typů baterek.

Ve volbě baterií závisí nejen hustota energie na váhovou jednotku ale i dvě, pro běžné provoz limitující, vlastnosti.

Proudové hodnoty se uvádí v jednotce C, 1C znamená že podíl proudu v Ampérách  k celkové kapacitě v Ampérhodinách konkrétně že například u baterky s kapacitou 10Ah může být  maximální proud 10A. 

První, kterou splní zhruba většina baterek s vyjímkou LiIon, je vlastnost odevzdaného maximálního proudu, které můžou baterky odevzdávat aniž by se zničily. V případě tohoto motoru je průměrný odběr zhruba 12A ale při startu nebo při plné zátěži může být i přes 20A. Baterky, které by toto z principu nezvládaly se projeví v lepším případě jako tzv. měkké, to znamená, že by neodevzdaly požadovaný proud. V horším případě dojde k jejich zahřívání a postupnému ničení -  snižování celkové kapacity. 

Druhou podmínkou důležitou pro běžný provoz je schopnost baterek přijímat proud při nabíjení. Zkrátka čím větší nabíjecí proud, tím kratší nabíjecí čas. Drtivá většina baterek ma nabíjecí proud až o řád nižší jako proud schopný uvolnit. Opět překročení této hodnoty znamená zkrácení životnosti baterek nebo jejich úplné zničení. 

Tyto hodnoty vychází z chemického principu články ale speciální články mohou být výrobcem upraveny na nadprůměrné hodnoty oproti běžným článkům ve stejné třídě.

Vlastní životnost je opět dána jednak chemickými vlastnosti typu článku, samozřejmě dodržení nabíjecích a vybíjecích proudů (a napětí na článek při nabíjení i při vybíjení - podvybití) specifikovaná výrobcem nebo typem a mechanickým uspořádáním. Konkrétně u elektrických pohonů se vyrábí například speciální olověné články s prodlouženým počtem nabíjecích cyklů, lepšími vlastnostmi obnovy při úplném vycucnutí (podvybití) a částečně většími vybíjecími proudy. To je dáno nejen elektrolytem ale i povrchem olověných desek.

O typech článků bylo napsanáno hodně, zkrátit to jde zhruba na konstatování, že čím lepší baterky tím dražší a rozdíly jsou až v násobcích ceny při stejném napětí a kapacitě.

Ve zkratce nejlevnějším a nejpřístupnější (= nemusíte nakupovat přes půl světa) jsou olověné baterky s gelovým elektrolytem. Pro testy jsem koupil dvě 12V obyčejné gelové baterky v elektroobchodě, které sice nejsou ideální jako speciální EV edice ale pro testy stačí. Speciální elektropohonové mají prodlouženou životnost a větší proudy při vybíjení, ale ty moje na vybíjecí proudy měly stačit (slepá cesta! viz konec). Nabíjecí proud olověnych baterek je zhruba 0,3C, je ale dobré číst, co deklaruje výrobce. Při nabíjení z prazdných do plné kapacity je potřeba počítat zhruba se 4 až 4,5 hodinami (proud ke konci nabíjení klesá). Konkrétně u mých bylo při kapacitě 12Ah napsáno 3,6A, tedy 0,3C. Při běžném provozu to není tolik limitující (nevyjedete nikdy baterky úplně a po každé větší jizdě je v klidu dobijete).  Životnost opět záleží na zpracování výrobcem a pohybuje se zhruba 300 až 500 cyklů (při nepřekračování mezních hodnot). Tato životnost je tuším udávaná jako průměrné cykly, kdy poklesne celková kapacita na 80% původní. Moje obě baterky stály 1700,-. 24Voltový 12Ah pack mi váží 7,2Kg.  Běžné typy mají průběžný pokles napětí podle stavu kapacity!
eji
 

Dalším adeptem jsou baterky typu NiMH.  Jejich nominální napětí je 1,2V a existují dokonce až 14Ah monočlánky typu Long D. Pro takový napájecí pack je potřeba 20 takových článků.Při 12Ah článcích by 24V 12Ah pack NiMh vážil 4,7Kg + váha spojek a konektorů. Mimo vyšší hustoty energie mají i trochu lepší C nabíjecího proudu - záleží opět podle výrobce. Tyto baterky jsou navíc relativně blbuvzdorné a je možné je jednoduchou nabíječkou nabíjet malými proudy stále (0,1C) nebo s lepší nabíječkou s detekcí konce nabití (při plném nabití na chvíli poklesne napětí, tzv delta peak) až 1C. Jejich předchůdci, NiCD, byly podobné  ale s menší hustotou energie a větší blbuvzdorností při nabíjení a provozu. Obecně jejich charakteristika vybíjení je, že napětí se drží a teprve při vybitém stavu výrazně poklesne.

 LiIon baterky jsou jednou z možností, s větší hustotou proudu jak NiMH, celkem bezpečné při nabíjení ale s malým vybíjecím proudem (1C). To lze obejít vytvořením serioparalelního článku z dvou paralelních  24V packů. Nominální napětí jednoho článku je 3,6V a hraniční při nabíjení je 4,1V. Z novějších typů jsou ty více odolné, pro větší nasazení je limituje jejich maximální odevzdaný proud na článek (používaly se a doteď se používají u některých typů notebooků).

Vůbec nejlehčí baterky jsou LiPol. Srovnatelný pack 24V 12Ah (vlastně 25,9V, jsou sedmičlánkové) by vážil 2,3Kg. Jsou ale ze všech typů nejchoulostiější. Jsou to ty baterky, co občas bouchnou v telefonu nebo v notebooku (nebo je v lepším případě výrobce stahuje z oběhu, jako například nedávno SONY).  Při nabíjení je nutné hlídat na každém článku maximální napětí 4,2 na článek a při vybíjení podvybití na článek. V případě přepětí může dojít k nafouknutí a výbuchu, u podvybití ke zničení (článek pak nejde nabýt). Do těchto packů se dávají samostatné mezičlánkové obvody, který hlídají jednotlivé napětí. Ovšem tyto, zvlášť u lacinějších packů, obvody jsou často tím limitem baterek, kolik ampér z nich můžem tahat a kolika je nabíjet. Ze všech baterek jsou taky nejdražší, jak koukám do jednoho z nejlacinějších eshopů, kde si taková pack cení na 500 dolarů po 300 dolarově slevě z "ceny obvyklé". Pro extrémní použití na kolech jsou nejlepší ovšem jejich krátká životnost a náročnost na přesné nabíjení jim dává roli extrémního řešení. Tento  typ se používá většinově v leteckém modelářství, kde je prioritou váha, a z vlastní zkušenosti mohu říct, že jejich životnost a vůbec údržba není nejjednodušší - nabíjení s kontrolou napětí na článku, skladování v určitém vybitém stavu a jakákoliv chyba se projeví snížením kapacity, nafouknutím článku a v horším případě výbuchem (stačí zkrat nebo mechanické poškození ťuknutím).

Budoucnost je v nanotechnologiích. V našem případě aspoň v názvu použitého slova nano v jednom novém typu baterek, ale oprávněně. Jejich průmyslovým otcem je firma A123 systems a jmen mají spousty ale jedná se o ty samé - A123, LiFEPO4, LiNanoFerit, LiFE.  Je to stejný rodina jak lithiové a tyto  baterky maji hustotu energie na hmotnost jako LiIon ale s vlastnostmi o řád lepšími ve všech směrech. Obrovské vybíjecí a nabíjecí proudy, nejsou tak náchylné na přebití (taky jim vadí ale nebouchnou s pyroefektem) jako LiPol. Navíc mají násobně delší životnost - až 1500 cyklů a v případě používání v kole až 12 let. Ekologicky myslící potěší, že tato technologie nepouživá těžké kovy a jedovaté látky při výrobě (prý). Na běžném trhu jsou zhruba rok, patent patří firmě A123 system a jako první bylo nasazení v akunářadích firmy Dewalt. Pomalu ale jistě nabíhají i čínští  výrobci (doufám že s licencí) a trh se pomalu zaplavuje. Jejich cena je ještě ukrutná  - 400 dolarů na 24V (26,4V) 10Ah článek. Na e-bay se ale už dají občas narazit lákave nabídky za 250 dolarů za 24V 10Ah pack.

Obecně  a vzhledem k charakteru olověných platí, že udávaná kapacita v Ah ještě neznamená, že tu kapacitu z nich můžete dostat nebo že tam bude i za rok. Laciné řešení, které jsem zvolil já, sice pro testy stačí, ale jeví se jako slepá cesta. Reálně z mých baterek dostanu tak 7Ah, zbytek kapacity je "zakleté" ve formě nízkého napětí z baterie. Olověná baterie navíc nesnáší časté hluboké vybití (projeví se postupným celkovým poklesem kapacity) i když gelové by měly být na toto lepší. Na jaro budu muset asi přezbrojit a doufám, že už do finálních A123. 

No ale to je všechno pěkné, čím to ale nabíjet někde na hraně maximálního proudu? Jeden každý typ potřebuje nabíječku které umí hlídat maximální napětí a podle typu baterky a kapacity zavčas vypnout. Každá technologie to má jinak, dokonce je i rozdíl mezi běžnými olověnými autobaterkami a gelovými. Pro kolo navíc potřebujete lehkou kompaktní nabíječku do 220V sítě, kterou uvezete v batterypacku nejlépe napevnou zabudovanou. No a tady trh toho extra moc nenabízí. Drtivá většina nabízených nabíječek typu "zapoj do sítě a zapomeň" má proudy menší než možnosti baterek u kapacit nad 10A nebo jsou příliš těžké a v podstatě pro kolo nevyráběné. Jednou z cest je použít speciální víceúčelové modelářské baterky a spínaný zdroj s výstupem 12V a proudem větším jak 10A. Výhodou je, že nejsou drahé a jsou lehké. Nevýhodou, že při každém nabíjení musíte nabíječku zapnout namačkáním pár voleb a nejlépe koukat přitom na displej. Pro dobré domácí nabíjení používám jednu takovou 5Ampérovou se stabilizovaným zdrojem 3A - nabíjet jde tedy někde na 2,8A (při 3A už nabíječka stávkuje pro pokles napětí na vstupu). Nevýhodou je, že nabíječka nedokáže nabíjet 24V gelovou baterku (bylo by to 12 PB článků v sérii). Pro rychlé cestovní nabíjení jsem sehnal takovou PB nabíjecí krabičku do zdi, která umí až 10A, prý proud klesne podle změřených baterek (musím ještě změřit, zdá se mi podle času, že posílá víc proudu a tedy ničí baterky) a má přepínač na klasické a gelové baterky.  No ale ještě že modelářství je takový progresivní obor (mimochodem první obor, kde se ve větším začaly používat A123 baterky mimo dewalt nářadí - průkopnící rozebírali náhradní bateriové packy) a už jsou dostupné nabíječky na 24V (u A123 10 články, na 24V stačí 8článek) a lehké výkonné zdroje. Ovšem ta jejich tlačítková multifunkčnost s displejem zůstavá.