随着绿色环保理念的深入,锂电池的使用率越来越高,锂电池绿色无污染,轻便,超长续航,深受市场的欢迎。从笨重的铅酸电池时代过渡过来,如今市面上大多数的电助力自行车都采用锂离子电池。
一、电池的好坏和定位
电池的好坏和定位和这几个术语有着很大关系:电压、容量、能量、电芯、电池组、电池控制系统(简称BMS,即Battery Management System)。
BT F010电池的规格参考
①电压、容量、总能量
电助力自行车的电池电压一般在36到48伏之间,电池容量以安时(Ah)表示大小,电池容量(Ah)×电池电压(V)=电池的能量(Wh),瓦时(Wh)是电池总能量的测量单位。
假设电池电压为36V,容量为13.6Ah,那就是13.6*36=489.6,即489.6瓦时,约等于0.5千瓦时,就是半度电左右。
②电芯、电池组、BMS
无论是外置式电池还是车架隐藏式电池,我们所看到的“电池”其实都只是电池包的外壳。拆开外壳,里面是密密麻麻排列的电芯以及BMS。电芯是电池中的最小单位,也是决定电池性能的关键部分。目前市场上的电助力自行车通常都采用18650锂电池电芯或者是21700锂电池电芯。
1、锂电池的优点
1.能量比较高。具有高储存能量密度,已达到460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍;高锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半,体积是镍镉的20-30%,镍氢的35-50%。
2.使用寿命长,使用寿命可达到6年以上,在正常条件下,锂离子电池的充放电周期可超过500次,磷酸亚铁锂则可以达到2000次。磷酸亚铁锂为正极的电池1C(100%DOD)充放电,有可以使用10,000次的记录。
3.额定电压高(单体工作电压为3.7V或3.2V),约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压,便于组成电池电源组;锂电池可以通过一种新型的锂电池调压器的技术,将电压调至3.0V,以适合小电器的使用。
4.具备高功率承受力,其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力,便于高强度的启动加速。
5.自放电率很低,这是该电池最突出的优越性之一,一般可做到1%/月以下,不到镍氢电池的1/20。
6.重量轻,相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5。
7.高低温适应性强,可以在-20℃--60℃的环境下使用,经过工艺上的处理,可以在-45℃环境下使用。
8.绿色环保,不论生产、使用和报废,都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
9.生产基本不消耗水,对缺水的中国来说,十分有利。
2、18650锂电池和21700锂电池
18650是锂离子电池的鼻祖——日本SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准性的锂离子电池型号,其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池。
21700锂电池尺寸为21mm直径和70mm高度。相比18650电池,它更大、更厚实。相比于18650锂电池,21700锂电池优势如下:
1)能量密度更高:一节18650锂电池容量在1200mAh至3600mAh两者之间,但技术比较成熟的一般是在2000mAh到3200mAh之间。而一节21700锂电池的容量介于3000mAh至5000mAh两者之间。
如松下和特斯拉联合开发的应用于Model 3上的21700三元锂电池,能力密度在300Wh/kg左右,比原先用于Model S的18650锂电池能量密度提升20%以上,单体容量提升35%,系统成本降低9%左右。
2)适当提高能量密度情况下,可以选择常规材料,性能稳定,性价比高。
3)可以适当进行多级耳机构设计,降低内阻。
4)同样能量密度下,可以选择快充特性石墨,改善快充性能。
5)适当增加直径和高度可以获得更多的有效体积。
6)单体电芯容量增大,辅助构件比例降低,降低Pack成本。
3、BMS
BMS,全称BATTERY MANAGEMENT SYSTEM,即电池管理系统,俗称之为电池保姆或电池管家。
随着电池的广泛应用,电池的容量、安全性、健康状态与续航能力日益成为关注重点。电池管理系统是对电池进行监控与控制的系统,将采集的电池信息实时反馈给用户,同时根据采集的信息调节参数,充分发挥电池的性能。
智能化管理及维护各个电池单元,监控电池的状态,防止电池出现过充电和过放电,以延长电池的使用寿命。
BMS电池管理系统的组成单元:BMS电池管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组电池信息的采集模组。
BMS电池管理系统通过通信接口分别与无线通信模组及显示模组连接,采集模组的输出端与BMS电池管理系统的输入端连接,BMS电池管理系统的输出端与控制模组的输入端连接,控制模组分别与电池组及电气设备连接,BMS电池管理系统通过无线通信模块与Server服务器端连接。
BMS电池管理系统的系统功能:
1)电池端电压的测量
2)电池组总电压测量
3)电池组总电流测量
4)单体电池间的能量均衡:即为单体电池均衡充电,使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。
5)SOC计算:准确估测动力电池组的荷电状态,即电池剩余电量,保证SOC维持在合理的范围内,防止由于过充电或过放电对电池的损伤。
6)动态监测动力电池组的工作状态:在电池充放电过程中,实时采集电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压,防止电池发生过充电或过放电现象。
7)实时数据显示
8)通讯组网功能
9)数据记录及分析:挑出有问题的电池,保持整组电池运行的可靠性和高效性。
二、怎么选择
①价格:一般来说,电池的质量和成本密不可分,如果你想要获得高质量的电池,那么就不得不对更高的价格妥协。认准如三星、LG、松下这些耳熟能详的大品牌电芯制造商,这不仅是因为他们的知名度,也是因为这些品牌占据了市场大部分,能够提供更好的质量保障和售后服务。
②电池组成:目前应用最广泛的电池是锂离子电池,但其实“锂离子”涵盖了多种化学物质,最常见的两种是NMC和LI-FePO4(LFP),这两种材料的稳定性都比较好,普遍受到市场的认可。
③重量和体积:很多电助力自行车使用者想要容量大、体积大的电池,以满足自己对长距离骑行的需求,实际上如果助力档位使用得当,路途中消耗的电量也会减少,车辆的续航时间将大大增加,而过大的电池反而会增加车辆的重量,加重骑行过程中的负担。
④安装位置:大容量的电助力自行车电池分量很重,很多制造商会把它设计在两轮之间,达到重心的平衡。另外,电池是否内置也是一个关注点,内置的电池使车架的线条更加流畅,迎合了骑行者对于车身美观的要求。在维持重量合理化分配的同时,也避免了对车架空气动力学上的影响,并帮助设计师保持强烈的设计美感。
LAVELO 纯影S1下管隐藏式锂电池
⑤续航里程:拿LAVELO 风行者E500举例,它的电池参数为48V 15Ah(720Wh),如果骑行者正确使用了助力档位,巧用变速,续航里程最大可以达到约120千米,完全胜任长距离骑行的需求。
三、电池充电、维护与使用注意
①充电
1、放置补电
电池组在出厂前均有部分电量剩余,在电助力自行车出售后亦可以进行短距离的骑行。第一次骑行完毕后,须对电池进行首次充电,建议首次充电应进行稍长时间(8-12小时)。
电池组在使用过后应及时充电不可亏电储存,如果电池放置超过两个月时间未被使用,电池组需要进行一次完全的充电。如置放超过5个月电池组需要进行一次充放电循环。规律使用电池,正常使用、长时间放置时对电池组规律地充电,可以保证电池组最佳使用效果,并延长使用寿命。
2、正常充电
首先连接充电器与被充电电池组,之后再将充电器电源插头连接到220V交流电源。(此连接顺序会避免插拔充电插头时电火花的产生)当电源接通后充电器显示红色指示灯说明电池组正在正常充电,常规进行充电即可。
3、充电器注意事项
为了确保电池组的充电安全和保证电池组的使用寿命,电池组只可使用配套的锂电专用充电器。如果充电器丢失或者损坏请找相应经销商购买。不得使用铅酸充电器或其他形式的充电器进行充电。
②锂电池维护
1、由于锂电池属于无记忆性电池,客户使用中建议在每次或者每天骑行后即可对电池组进行规律性的充电或者补电,这样会大幅度提高电池组的使用寿命。建议不要每次都骑行至电池组不可放出电量后再进行充电,不建议放电超过于电池组容量的90% 。
2、当电助力自行车启动时、走上陡坡路、土石路或者强烈顶风状态下,建议客户在骑行时同时使用脚踏助力,使得电池及电机拥有最长寿命。
3、电池组容量是在常温25℃时进行测量的,因此在冬季,电池容量的发挥、以及行驶里程略有降低是被视为正常的。建议在冬季,在环境温度较高的地方对电池组进行充电,确保能够电池组充饱。
③锂电池使用注意
1、在雨雪天气骑行时,电池组与电助力自行车之间放电插口部分不应该接触到水。尽量避免在恶劣环境下使用电助力自行车。注意电池组的防水。
2、电池放置应该躲避水源、火源,保持干燥,避免强烈摇晃、磕碰及短路。夏季时节,电池应该避免太阳直射。
3、特别提醒: 不要擅自对电池进行拆包、修改或进行破坏;严禁将此电池使用在其他品牌或型号的电动车上;使用时避免异物对充放电口进行短路。
四、电池寿命
相信绝大部分消费者都听说过,锂电池的寿命是“500次”,500次充放电,超过这个次数,电池就“寿终正寝”了。许多朋友为了能够延长电池的寿命,每次都在电池电量完全耗尽时才进行充电,然而这样做并不能延长锂电池的寿命。 锂电池的寿命是“500次”,指的不是充电的次数,而是一个充放电的周期。
一个充电周期意味着电池的所有电量由满用到空,再由空充到满的过程,这并不等同于充一次电。比如说,一块锂电在第一天只用了一半的电量,然后又为它充满电。如果第二天还如此,即用一半就充,总共两次充电下来,这只能算作一个充电周期,而不是两个。因此,通常可能要经过好几次充电才完成一个周期。每完成一个充电周期,电池容量就会减少一点。不过,这个电量减少幅度非常小,高品质的电池充过多次周期后,仍然会保留原始容量的80%,很多锂电供电产品在经过两三年后仍然照常使用。当然,锂电寿命到了最终后仍是需要更换的。
而所谓500次,是指厂商在恒定的放电深度(如80%)实现了625次左右的可充次数,达到了500个充电周期。(80%*625=500)(忽略锂电池容量减少等因素)
而由于实际生活的各种影响,特别是充电时的放电深度不是恒定的, 所以“500个充电周期”只能作为参考电池寿命。
五、影响因素
锂电池一般能够充放300-500次。最好对锂电池进行部分放电,而不是完全放电,并且要尽量避免经常地完全放电。一旦电池下了生产线,时钟就开始走动。不管是否使用,锂电池地使用寿命都只在最初的几年。电池容量的下降是由于氧化引起地内部电阻增加(这是导致电池容量下降地主要原因)。最后,电解槽电阻会达到某个点,尽管这时电池充满电,但电池不能释放已储存的电量。
锂电池的老化速度是由温度和充电状态而决定的。下表说明了两种参数下电池容量的降低。
高充电状态和增加的温度加快了电池容量的下降
如果可能的话,尽量将电池充到40%放置于阴凉地方。这样可以在长时间的保存期内使电池自身的保护电路运作。如果充满电后将电池置于高温下,这样会对电池造成极大的损害。(因此当使用固定电源的时候,此时电池处于满充状态,温度一般是在25-30°C之间,这样就会损害电池,引起其容量下降)。
影响因素1:放电深度与可充电次数
可充电次数和放电深度有关,电池放电深度越深,可充电次数就越少。
可充电次数*放电深度=总充电周期完成次数,总充电周期完成次数越高,代表电池的寿命越高,即可充电次数*放电深度 = 实际电池寿命(忽略其他因素)
影响因素2:过充、过放、以及大的充电和放电电流
避免对电池产生过充,锂离子电池任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏,甚至爆炸。
避免低于2V或2.5V的深度放电,因为这会迅速永久性损坏锂离子电池。可能发生内部金属镀敷,这会引起短路,使电池不可用或不安全。
大多数锂离子电池在电池组内部都有电子电路,如果充电或放电时电池电压低于2.5V、超过4.3V或如果电池电流超过预定阈限值,该电子电路就会断开电池连接。
避免大的充电和放电电流,因为大电流给电池施加了过大的压力。
影响因素3:过热或过冷环境
温度对锂电池寿命也有较大的影响。冰点以下环境有可能使锂电池在电子产品打开的瞬间烧毁,而过热的环境则会缩减电池的容量。
影响因素4:长时间满电、无电状态
过高和过低的电量状态对锂电池的寿命有不利影响。大多数售卖的电器或电池上标识的可反复充电次数,都是以放电80%为基准测试得出的。给电池充电充得越满,电池的损耗也会越大。长期低电量或者无电量的状态则会使电池内部对电子移动的阻力越来越大,于是导致电池容量变小。锂电池最好是处于电量的中间状态,那样的话电池寿命最长。