Baterie a nabíjení

Rozvoj baterií neboli akumulátorů, je tím, co umožnilo rozvoj elektrokol.  Nikdo nechce jezdit na elektrickém kole, které váží 40 kilogramů, protože jeho olověná (vznešeně gelová) váží sama přes 12 kg. Vzpomeňte si, kolik váží autobaterie a toto je stejné složení.  V roce 2002 se objevili první modely elektrokol s niklovými bateriemi. Vy je znáte, jako nabíjecí tužkové baterie převážně do digitálních fotoaparátů (ale i zde je vytlačují lithiové nabíjecí baterie). Nikl-Metal-hydridové baterie jsou lehčí a vydrží více nabití.  Mají ale jeden problém – neumí podávat vysoký výkon po dlouhou dobu. Vzpomínám si, jak průkopník elektrokol – taiwanská značka Giant – stahovala v roce 2008 svá e-kola z trhu, protože jejich NiMH baterie jednoduše nevydržely se svým napětím ani první kopec.

Baterie umístěné za sedlovkou v různých rozměrech

Trh elektrokol dnes opanují lithiové baterie, tedy baterky složené z článků typu Lithium-Ion, Lithium-Polymer a Lithium-Železo Fosfát. Každý této typ má své zastánce a odpůrce, ale my si zde řekneme, že baterie je buď sestavena z kvalitních článků a kvalitní elektroniky nebo z nekvalitních článků a nefunkční elektroniky. Fosfátové, neboli LiFePO4 články se spíše než v elektrokolech uplatňují v e-skútrech, protože jejich váha je cca o 30% vyšší než 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, výkonu v zátěži a v životnosti. 

Baterie rámová a nosičová pro systém Bosch

Kapacita baterie je udávána ve Watt-Hodinách (Wh – což je základní jednotka, my jsme zvyklí spíše na kWh – KiloWatt-Hodiny měřené při spotřebě elektrické energie). Počet Wh baterie získáme vynásobením napětí baterie a jejího elektrického náboje. Pokud jsou elektrokolo a jeho baterie vyrobeny s napětím 36V (nejběžnější typ, ale jsou i elektrokola s 24V, 26V nebo 48V) a jeho baterie má náboj 10Ah, pak je její kapacita 360Wh. Dalo by se také říci, že při nulových ztrátách baterie zvládne dodávat 360W po dobu jedné hodiny. Protože existuje mnoho mýtů na téma dojezdu elektrokola a výrobci udávají typicky přemrštěné hodnoty, je dobré vědět, že za ideálních podmínek (trasa většinou po rovině) bude spotřeba energie 3-7 Wh/km, avšak již při sklonu terénu nad 6% vzroste na 8-15 Wh/km. Spotřebu energie pak dále ovlivňuje váha jezdce, stav kola, teplota, atd..

Baterie rámová pro systém Yamaha

Velmi důležitou veličinou je proud, jaký budou články baterie schopny dodávat motoru elektrokola v případě potřeby. Na trhu se můžete setkat s konvenčními elektrokoly, které uvádějí kapacity baterie s hodnotami 600 ale i 800Wh. To není nereálné, ale zcela určitě baterie těchto elektrokol budou vybaveny konvenčními články, které jsou výrazně levnější. Důsledek jejich použití je, že při kontinuální jízdě do kopce elektronika pohon vypne, velmi podobně, jako tomu bylo u NiMH baterií.  Baterie, které snesou vysokou zátěž jsou označovány jako Hi-Power a měli by zvládnout kontinuálně dodávat proud do 15A.

Baterie je obecně nejdražší součástí elektrokola. Na trhu se setkáte s bateriemi za 7000, ale i 17000 Kč o stejné kapacitě. V čem je takový rozdíl, když oba výrobci uvádí lithiovou technologii?  V kvalitě článků a v řídící elektronice. Tyto dvě věci velmi podstatně determinují životnost baterie. Na trhu existují desítky výrobců lithiových článků a stovky výrobců baterií (packů). Neznačkový článek mže být až 2x lacinější než ten s logem LG nebo Sony. Proč? Protože značkové baterie jsou dodávány s minimálními odchylkami v napětí. Vyrobené baterie jsou mnohokrát měřeny a ty, které se dostanou do výsledného „packu“ vykazují minimální odchylky 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 výrobků 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.

Kam s ní?

Umístění baterie na nosič kola

Umístění baterie na elektrokole je oříškem pro konstruktéry. Zcela jistě doporučuji možnost baterii nabíjet přímo zasunutou v kole nebo ji z elektrokola snadno vyjmout a nabíjet a uschovat mimo kolo (například na zimu, kdy baterie nesmí být dlouhodobě vystavena nízkým teplotám).

Baterie bývají umístěny na nosiči kola, za sedlovkou, místo láhve-bidonu anebo coby plastový či látkový útvar pod sedlem. Než se rozhodnete pro nějaký z uvedených typů, zvažte následující body:

  • Geometrie ekola – vyvážení, těžiště, možnost snadného transportu v ruce
  • Nebezpečí odcizení baterie z odloženého elektrokola
  • Vzhled a design – viditelnost baterie a snadnost vyjmutí z rámu
  • Škálování kapacity – možnost nahradit za baterii s vyšší kapacitou.

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 elektrokola a mýtus zvaný cykly.

Naše baterie má 500, 1000 nebo snad 2000 nabíjecích cyklů… to uslyšíte při nákupu elektrokola mnohokrát, ale buďte si jisti, že to nikdy nikdo z konstatujících nevyzkoušel. Pokaždé, když zasunete nabíjecí kabel do konektoru zahájíte tím další nabíjecí cyklus.  Smiřte se s faktem, že při dobrém zacházení vaše elektrokolo baterii přežije a časem, tak do 4-5 let, bude nutné investovat do baterie náhradní. Ale baterie stárne, i když jenom leží, takže důrazně nedoporučuji si kupovat druhou baterii „do foroty“.

Nabíječka systému Bosch s výkonem 4A

Na prodloužení dojezdu je nejlepší si opatřit rychlou nabíječku. Při zastávce na oběd doplní zpět desítky procent a baterie je na časté nabíjení stavěná.  Při nízkém napětí baterie také pocítíte, že se výkon motoru výrazně zvýšil a proto není 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 napět všech článků, což mže 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 CR se jedná o sumu 2,50 Kč, při hodinovém nabíjení tedy nedlužte hostinskému jistě více než korunu.