Vše o bateriích pro elektrokola

Návod, jak jim porozumět a jak se o ně správně starat, aby vám dlouho vydržely.

Baterie, neboli správně akumulátor, je technické zařízení na opakované uchovávání energie, obvykle elektrické. Akumulátor je sekundární článek, který je potřeba nejdříve nabít a teprve potom je možné jej použít jako zdroj energie. V elektrokolech je to ta nejdražší a zároveň nejnevypočitatelnější komponenta.
 

V elektrokolech se letos setkáte asi v 90% s lithium-iontovými (Li-Ion) články. Jedná se o válečky o šířce 18  výšce 65 mm (proto se setkáte i s označením 18650) sestavené do paralelní a sériové kombinace tak, aby to vyhovovalo tvaru baterie. S lithium-polymerovými články (Li-Pol) se setkáte již o něco méně, protože jsou tvořeny plochými pouzdry a jejich tvarová adaptabilita je o něco nižší (ano, tyto placaté baterie jsou ve všech mobilních telefonech). Lithium-železo-fosfátové (LiFePO4) baterie se pak využívají především v elektrických skútrech, protože mají oproti výše zmíněným asi o 50% vyšší hmotnost.  

Původně používané olověné (neboli gelové) baterie se pro svoji extrémní váhu (často více než 8 kg) a pro obsah kyseliny sírové již na elektrokolech téměř nepoužívají. Stejně je tomu i s nikl-metal hydridovými bateriemi (NiMh), kde je zase problém s paměťovým efektem (baterii bylo pro úplné nabití třeba kompletně vybít) vysokou zátěží (vzpomeňte si, jak dlouho se nabíjí blesk fotoaparátu který je napájen nabíjecími NiMh tužkovými bateriemi..) a také jeho energetická hustota – tedy kolik energie dokáže absorbovat na kilogram hmotnosti – je přibližně 3x nižší než moderní Li-Ion články.  

Právě tyto parametry – energetická hustota, neboli kapacita a maximální zatížení jsou společně s životností článků baterie to, co by vás mělo zajímat při výběru elektrokola. 

 

Baterie je tvořena chemickým roztokem – elektrolytem, ve kterém je umístěna kladná elektroda – anoda, z níž proudí elektrony směrem k záporné elektrodě - katodě. Ve válcových článcích jsou tyto matriály navinuty na sebe, oddělené separátorem. Jednoduše řečeno: čím delší proužek se do objemu baterie povede svinout, tím vyšší je výsledná kapacita článku.  Kapacita je udávána v Miliampérhodinách (mAh). Bavíme-li se o neobvyklejších Li-Ion bateriích, pak napětí článku je vždy 3,7V. Články jsou v baterii pospojovány jak sériově (za sebou) tak paralelně (vedle sebe). Sériové spojení dává napětí baterie (typicky je to 10 článků – tedy 37, respektive obvykle udávaných 36V) a paralelní kapacitu.

Kapacita je dána použitými články, nejčastěji se setkáme s Li-Ion článkem o kapacitě 2900mAh. Pokud jich tedy spojíme 10 sériově a 4 paralelně (označováno jako 10S4P), dostaneme se na výslednou kapacitu baterie 116000 miliampérhodin, neboli 11,2 (Ah). Abychom získali výslednou kapacitu baterie, musíme tuto kapacitu ještě vynásobit napětím článku – tedy 36V a dostaneme 417 Wh. To jsou de-facto standardní baterie, které najdeme u většiny dnešních elektrokol, včetně pohonů Bosch, Shimano a dalších.

 

Napětí ale kolísá mezi mezními hodnotami 4,2V a 2,5V (viz. obrázek).  Pokud je jedna z hodnot překročena, živostnost baterie tím končí. Aby se to nestalo, každá baterie v elektrokolech musí být vybavena elektronickou ochranou, která je označována jako BMS – anglicky: Battery management Systém. Ta uzavírá nabíjení při dosažení hodnoty 42V (všimněte si, že na nabíječce je uvedeno právě toto napětí) a naopak ukončí vybíjení baterie při jízdě.  Nikdy nechtějte z baterie „vymačkat maximum“ - některá levnější elektrokola nemají nastaven režim BMS příliš precizně a tak může být jeden dlouhý výlet na vašem ekole „až na doraz“ také tím posledním.

Na tomto schématu je vidět, že ideální napětí u 36V baterie elektrokola je mezi 3,0V - 4,2V na článek (tedy 30V - 42V na celou baterii).
O hlídání napětí se stará elektronika baterie - systém BMS. 


POZOR! Na trhu se objevují modely elektrokol s bateriemi, jejichž deklarovaná kapacita hlásá 800 i více Wh.  V takovém případě se vyplatí zpozornět, protože i když existují články, které mají kapacitu vyšší než aktuálně maximálních 3600mAh (typ Panasonic NCR18650G), tyto nejsou určeny pro elektrokola z důvodu nízkého proudového vybíjecího zatížení. Přeci jenom například na baterii v notebooku jsou na okamžitou spotřebu kladeny jiné požadavky, než na baterku elektrokola při výšlapu do prudkého kopce na maximální asistenční mód. Při vyšším proudovém zatížení (nad 15A) pak elektronika BMS baterii ihned vypíná a o to žádný majitel elektrokola nestojí.
 


Princip fungování lithiové baterie názorně vysvětlen.   © BASF 2011


Životnost a cykly baterie

Toť věčně omílané téma, stejně jako dotaz „kolik má ta a ta baterie cyklů“. Odpověď je vždycky stejná – "nevíme". Pokud bychom byli v laboratoři a věnovali tomu čas, můžeme provést řadu nabíjecích a vybíjecích cyklů a ubývající kapacitu zapisovat do grafu.

Ale vy přeci budete na elektrokole jezdit! Jednou 15 kilometrů do práce, podruhé pojedete na dlouhý výlet a po 50 km baterii za hodinu nabijete o 20-30% a pojedete dál. To je možné díky tomu, že Li-Ion baterie nemají nešvar ostatních technologií – tzv. paměťový efekt.  Také je mi trochu divné, že renomovaní výrobci, pokud už hodnotu cyklů uvádí, tak píší cca 500 a jiní výrobci, kteří pravděpodobně používají horší typy baterií, bez ostychu napíší 1000 i více cyklů.  Jednoduchá a reálná odpověď vychází z jednoduché matematiky.

Řekněme, že na baterii na jedno nabití ujedete 40 kilometrů. A tato baterie bude reálně fungovat 500 plných cyklů.  To je dohromady 20.000 kilometrů - takže celé tři roky každý den, v létě, v zimě, i v plískanicích bezmála 20 km. A navíc, baterie stárne postupně.

Nedávno jsme v ekolo.cz měli zákazníka, který si koupil ekolo v roce 2008. Chlubil se, že najede ročně okolo 3000 km a na baterii ujede už jenom 15 km - to mu prý ale stačí, takže novou baterii stále nepotřebuje!  

Dlužno zmínit, že nejenom používáním, ale i stářím čilost elektronů uvnitř článků ochabuje. Takže koupě reservní baterie, kterou použijete jenom občas, se spíše nevyplatí. Co se naopak vyplatí sledovat je nabíjecí proud. Jeho hodnota je uvedenNabíječkaa na nabíječce a udává, jak rychle baterii nabíjíte. Pokud budete nabíjet své elektrokolo vždy jenom přes noc, bude vám to asi jedno, protože i s tou nejslabší nabíječkou bude baterie ráno zcela nabitá. Rozdíl přichází v okamžiku, kdy si naplánujete celodenní 120 kilometrový výlet, na který si vezmete do batůžku nabíječku. Tady už bude veliký rozdíl, zdali při zastávce na oběd nabíjíte proudem 2A (většina levnějších elektrokol) nebo proudem 4A (nabíječka Bosch), či dokonce 5A (Turbo-nabíječka Agogs). Pozor, ne každou baterii lze nabíjet rychle, musí tomu být uzpůsobena elektronika a chlazení baterie!


Jak si nezničit baterii

Baterie elektrokola nepotřebuje žádnou zvláštní údržbu. Ale existuje několik mnohokrát vyzkoušených způsobů jak jí zničit.

Zaprvé věnujte pozornost systému zapnutí a vypnutí baterie. Renomovaní výrobci využívají v baterii takzvaný „spánkový mód“. Baterii aktivujete většinou kliknutím na tlačítko na jejím těle, případně zapnutím elektrokola na ovládacím panelu. Jakmile ekolo odstavíte, baterie se po několika hodinách sama uvede do spánku – tedy vypne se napájení obvodů BMS. Pokud pojedete dál, je nutné baterii opět kliknutím aktivovat.

Na našem trhu se ale jestě často setkáte se systémy baterii buď s kolébkovým, nebo klíčkovým zapínáním. Po odstavení kola pak zapomenete otočit klíček do polohy vypnuto a ještě častěji zapomenete vypnout onen „čudlík“ na baterii (ten je navíc často dovedně skrytý a není jasné, kdy je v poloze zapnuto a kdy v poloze vypnuto). Pokud takto elektrokolo necháte přes noc, asi se nic nestane, ale elektronikou baterie stále protékají miliampéry. Když je tedy baterie po celodenním výletu hodně vybitá, již po několika týdnech dochází k podbití baterie a vás čeká investice několika tisíc korun do nové. 

To samé platí o teplotách pod bodem mrazu. A ten příběh se každé jaro opakuje – „nechal jsem stát přes zimu elektrokolo v nevytápěné garáži a teď mi nejde baterie nabít".

A podobné je to i s nabíječkou – po nabití doporučujeme odpojit. Představa, že když nechám elektrokolo nabíjet 4 měsíce, bude vše OK je bohužel mylná. Nabíjecí kabel vytvoří můstek, který bude naopak udržovat BMS stále aktivní a dojde opět k podbití baterie. 

Skladování baterie přes zimu je velmi jednoduché. V podstatě stačí baterií nabít a uložit do místnosti s teplotou 0-20C (takže temperovaná garáž je pro baterku dobrá!). Je lépe baterii skladovat mimo kolo, aby nedošlo k nechtěné aktivaci přes kontakty. Nemáte-li možnost skladiování baterie, obraťe se na nás, nabízíme Službu Zimního hotelu pro baterie.  
Pokud nebude baterie dlouhodobě používaná, doporučuje se cca po 6 měsících nabít do plna, ale nutné to není, baterie jsou běžně skladovány s kapacitou okolo 60%. Ale jak už jsme si řekli, nejlepší je na elektrokole jezdit a používat jí co nejvíce, protože – stejně jako vy – i ona stárne.  


Baterie z druhé ruky

Každý den se na aukčních serverech a bazarech objeví několik použitých elektrokol k prodeji za podezřele výhodných podmínek. Domníváme se, že minimálně polovina z nich bude mít problém s baterií a proto se jich majitelé hledí zbavit. Ale stejně jako druhým do hlavy, ani do baterie nevidíte a na ujetí deklarovaných 80 km dojezdu většinou není čas. Rada tedy zní – pokud se rozhodnete pro ojeté elektrokolo, vždy vyžadujte protokol o čerstvém změření kapacity baterie, jako to nabízí třeba ekolo.cz. Pro přesné změření baterie a výrobu grafu máme servisu elektrokol speciální měřidloe, které vykreslí stav baterie v zátěži a zkalkuluje podle toho její přesnou  kapacitu. Kupovat ekolo s nižší než 80% kapacitou nedoporučjeme. 


Vývoj technologií baterií pro elektrokola

Asi už jste někdy v posledních letech četli nějaký článek o převratném objevu amerických, čínských nebo dokonce českých vědců na poli baterií. Žádný zásadní převrat se v příštích několika letech konat nebude a ani cena baterií nespadne za 3 roky o 50%, jak se vyjádřili nedávno čeští zástupci značky Shimano.

Předpovídám technologickou evoluci jako doposud – před 5 lety se baterie o kapacitě 280Wh prodávala asi za 12.000 Kč. Dnes přibližně za tuto sumu pořídíte značkovou baterii s kapacitou přibližně 480Wh. Takže v roce 2020, pokud se ho ve zdraví dožijeme, se můžeme těšit asi na 650Wh za tyto peníze. Ale to už je kapacita, kterou na 90% vašich cest ani nevyužijete. Cena baterií tedy určitě není to, proč byste měli nákup elektrokola odkládat


 

Vaše dotazy a naše odpovědi: 


Jaké jsou rozdíly mezi bateriemi?

  • Nickel Metal Hydride (NiMH) baterie nabízí vysokou kapacitu Různé typy baterií elektrokol(mají více než dvakrát vyšší kapacitu oproti NiCd), možnost rychlého nabíjení a velkou spolehlivost. Baterie uživané v elektrických dopravních prostředcích jsou konstruovány až na 500 nabíjecích cyklů, pak může být repasována. Skladování těchto akumulátorů je možné v nabitém i vybitém stavu., je ale nutné minimálně 3x v průběhu jednoho roku články několikrát nabít a vybít, jinak může dojít ke znehodnocení elektrod akumulátoru a k nevratné ztrátě kapacity. Složení baterie: Kladná elektroda - nikl, Záporná elektroda - hydrid směsi kovů, 
    Elektrolyt - draselný louh. Více o NiMH bateriích na Wikipedii.
  • Lithium Železo Fosfát (LiFePO4) technologie se vyznačuje nižšími výrobními náklady, je netoxická. Katodu tvoří fosforečnan železnato litný, anoda je jako u ostatních li-ion baterií vyrobena z uhlíku. Výsledkem použití těchto materiálů je, že články dokážou velmi rychle absorbovat i vydávat energii. Baterie mají vynikající teplotní stabilitu, oproti klasickým Li-Ion akumulátorům také schopnost dodat vyšší proud, počet cyklů je o hodně vyšší. Na druhou stranu mají o něco nižší napětí (nominální napětí se pohybuje mezi 3,0-3,3V) a také nižší hustotu energie, což má za následek větší nárok na prostor a tedy vyšší hmotnost baterie shodné lapacity (ve srovnání s technologií Li-Pol).
     
  • Lithium Polymerové (Li-Pol) jsou komerčně užívaným typem baterií, s dobrým poměrem váha/výdrž/životnost, již jsou ale překonány bateriemi tyopu Li-Ion. Baterie mají velmi nízké samovybíjení a jsou citlivé na přesné nabíjení, proto je u Li-Pol akumulátorů nutné používat pouze nabíječe, které jsou dodávané výrobcem.  Více o Li-Pol bateriích na Wikipedii.
     
  • Lithium Ion (Li-Ion) baterie mají zvýšenou kapacitu a jsou velmi lehké, proto je jejich cena oproti NiMH bateriím obyčejně vyšší, nicméně díky delší životnosti je výhodnější. Baterie uživané v elektrických dopravních prostředcích je konstruovány až na 1000 nabíjecích cyklů. Složení baterie: Kladná elektroda - směs kysličníků lithia s dalším kovem, Záporná elektroda - uhlík se směsí dalších chemikálií, Elektrolyt - směs esterů. Používají se jako sety cylindrických článků typ 18650. Tyto baterie používáme v modelech elektrokol AGOGS, nyní s maximální kapoacitou přes 630Wh. Více o Li-Ion bateriích na Wikipedii.

 

Baterie se během nabíjení zahřívají, je na tom něco špatného?

Ne, je to normální, při procesu nabíjení a průchodu el. proudu se zahřívají všechny typy současnách baterií. A nabíječky také. 


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 většinou 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. Doměnka, 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. Nejříve vynásobte napětí baterie (V) a specifikovanými Ampér-hodinami (Ah) baterie. Tím získáte hodnotu Watt-hodiny (Wh) tedyVxAh=Wh. Elektrokola u ekolo.cz mají vždy tuto hodnotu u baterií uvedenou. Nyní vydělte hodnotu Wh udávanou spotřebou elektřiny kola, která je udávána ve Wattech (W). Výsledkem ke 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.

 

Kde seženu novou baterii?

Pro všechny typy elektrokol které Obchod ekolo.cz nabízí máme samozřejně i náhradní baterie. V případě, že máte zájem o specifický typ baterie, který nemáme skladem, obraťse se prosím na email servis@ekolo.cz.


Repasování baterie pro elektrokolo

Provedení repase lithiové baterie elektrokola v podstatě znamená kompetní výměnu všech článků baterie za nové. Z důvodů dlohodobého 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. Nabízíme profesionální reasování většiny značek a typů Lithiových baterií pro elektrokola

Protože jsou u repase většinou využity články s větší kapacitou, než byly původní, většinou se kapacita celé baterie ještě zvýší. Ekolo.cz zajišťuje profesionální repasi baterií, informujte se na možnosti a ceny v Servisu ekolo.cz.
 

Platí se nějaký recyklační poplatek za baterie?

Ano. Od 19. září 2009 je i v České republice plně implementována Směrnice 2006/66/EU o bateriích, formou zákona 297/2009 Sb.. Společnost ekolo.cz je zapojena v kolektivním systému zpětného odběru přenosných baterií a akumulátorů na území ČR - ECOBAT. To zároveň znamená, že z každé prodané baterie v elektorkole je odveden tzv. Recyklační poplatek ve výši 10- 16 Kč (dle kapacity baterie). Tento poplatek je již kalkulován v ceně elektrokola nebo v ceně náhradní baterie a nepředstavuje pro zákazníka žádný náklad navíc.

 

Co dělat s bateriemi po ukončení živostnosti?

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%).
Jedoduše baterii doneste do naší provozovny - Servis ekolo.cz (Bubenská 1, Praha 7), 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 jí do ekolo.cz doručí.

 

Proč uvádíte záruční lhůtu na baterii 24 měsíců a její životnost 6 měsíců nebo 1000 cyklů?

Záruka na ty části baterie, které nejsou citlivé na neodborné zacházení uživatele – tedy obal baterie, elektronika (BMS), nabíječka jsou kryty standardní zárukou v délce 24 měsíců. Chemická část baterie – tedy aku-packy mají omezenou záruku na 6 měsíců či 1000 cyklů DOD (Depth of Discharge) dle toho co nastane dříve (počet cyklů lze odhadnout ze stavu článků). V případě, že je deklarován pokles výkonu baterie po uplynutí některého z výše uvedených parametrů, reklamace nebude uznána jako záruční.
Pokud LiPol nebo LiIon bateriový pack vykazuje jakékoli poškození nebo malou kapacitu, pak se toto prokáže při primárním formátování u výrobce, případně v rámci prvních 10 nabíjecích cyklů (přibližný počet cyklů do bezplatné garanční prohlídky elektrokola u prodejce).
V průběhu prvních cyklů baterie doporučujeme uživatelům námi prodávaných elektorkol preventivně provádět cykly celé, tedy nabíjet baterii až po odpojení článků baterie a poté ji nabít najednou do plné kapacity.
Nezapomeňte proto, prosím, že záruční doba a životnost baterií jsou různé pojmy. Životnost je dána způsobem a intenzitou používání a nemusí být stejná jako záruční doba. Při intenzivním užívání může být životnost kratší než poskytovaná záruka.
 
 


Naše tipy pro prodloužení životnosti baterie elektrokola 

ekolo.cz doporučuje několik tipů pro správnou péči o lithiové baterie, které vychází z našich dlouhodobých zkušeností. 

 
Tip 1Formátování a Re-formátování baterie – každá Lithiová baterie, kterou předáváme zákazníkovi je tzv. naformátovaná, tedy baterie je 2x plně vybitá a nabitá. Při tom také testujeme správnou kapacitu baterie a funkčnost elektroniky. Pokud baterie není v průběhu doby používání plně vybíjena, doporučujeme provést alespoň 1x ročně re-formátování baterie, tedy její kompletní kapacitu vybít ať už jízdou či u servisu.    
 
Tip 2 – Pravidelné používání baterie / elektrokola – nepoužívaná baterie stárne paradoxně rychleji, než ta, kterou její majitel pravidelně používá – tedy vybíjí a nabíjí. S nabíjením to nepřehánějte, nabíječka by měla být připojena kontinuálně max. 24 hodin. 
 
Tip 3 – Nenechávejte dlouho vybité  – nejhůře jsou na tom baterie, které jejich majitelé nechali odstavené s malou kapacitou po dlouhou dobu. Ve vybité lithiové baterii se spustí proces oxidace což negativně ovlivňuje kapacitu a také životnost baterie.  V případě odstavení elektrokola (např. v zimním období) doporučujeme baterii plně nabít alespoň jednou za 90 dnů.       
 
Tip 4 – Vyhněte se externím teplotám  – velké teplo, nebo velká zima ovlivňují výkon a zkracují životnost baterie. Nikdy neskladujte baterii venku, kde by byla vystavena dlouhodobě teplotě pod 0ºC. Stejně tak nedoporučujeme skladovat baterii při teplotě nad 30ºC.  Při používání se vyhněte dlouhodobému parkování elektrokola na přímém slunci.  
 
Tip 5 – Časté nabíjení – Abyste dosáhli maximální životnosti baterie, nabíjejte jí po každé jízdě, bez ohledu na to ujetou vzdálenost a stavu nabití baterie. Po absolvování dlouhé jízdy v létě vyčkejte přibližně 30 minut před zapojením nabíječky na vychladnutí článků baterie. 
 
Kopírování, byť jen části tohoto textu, bez písemného svolení společnosti ekolo.cz je zakázáno!