Vyrábíme baterie pro elektrokola s Li-ion články. Proč?
Chceme mít plnou kontrolu nad výrobou a dodávat akumulátory v ještě vyšší kvalitě. Chceme být flexibilnější a vyrábět ty modely baterií, které jsou aktuálně potřeba. A v neposlední řadě raději dáme práci kvalifikovaným a šikovným lidem v ČR.
Proč neupřednostňujeme LiFePO4 technologii článků?
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. U LiFePO4 čínských výrobců musí dojít nejdříve k roztřídění článků, protože se článek od články parametrově drobně liší a je záhodno stavět (někteří levní výrobci to neřeší) jeden akumulátor z článků co možná nejpodobnějších. 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 a pětiletá zkušenost nám to dokazuje. 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.
Značlové Li-ion články moderních chemických složení elektrolitu ( 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 000Km). Nicméně startovací kapacita za stejnou pořizovací cenu bývá zpravidla vyšší, než u LiFePO4.
Kdy se tedy vyplatí LiFePO4
Při každodenním a celoročním používání (LiFePO4 lépé snáší nízké venkovní teploty), například když s elektrokolem dojíždíte do práce. Napětí LiFePO4 je také o něco vyšší, motor s ním tedy také má nepatrně vyšší maximální otáčky, tedy i maximální rychlost.
Jsou Li-ion články vhodné pro větší výkony motoru?
Jak které. Ty, které používáme my, ano. Jeden článek zvládne sám o sobě dodat 8A až 10A (specíální 15-25A), přitom i v těch nejmenších akumulátorech jsou minimálně 4 články paralelně, jsou tedy schopny dodat až 40A. Pro představu, klasický příšlapový systém 250W si vezme maximálně 12-14A. U kapacitně velkých akumulátorů, určených pro silná elektrokola je článků paralelně až 8, tedy dodají až 80A, což na 48V znamená, že teoreticky s takovým akumulátorem lze napájet až 4000W motor. Prakticky nikoliv, protože ochranná elektronika BMS maximální vybíjecí proud omezí nejvýše na 60A.
Srovnání kapacit Li-ion vs. LiFePO4
Ukážeme si na příkladu dříve nejpoužívanějšího a nejpopulárnějšího nosičového akumulátoru 36V/10Ah LiFePO4 docking. Níže uvidíte srovnávací tabulku:
A co bezpečnost Li-ion článků?
Kvalitně vyrobený Li-ion akumulátor pro elektrokolo s neošizenými ochrannými obvody (BMS) není o nic méně bezpečný než LiFePO4. Kdyby byly Li-ion články nebezpečné, nemohly by být například v elektromobilech, jako je Tesla model S. Je ale pravda, že je obtížnější „přinutit“ (tzn. se o to aktivně snažit) k zahoření LiFePO4 nežli Li-ion článek.
Samozřejmě se snažíme bezpečnost packů maximalizovat, takže používáme třeba více izolací, než je obvyklé, vyrábíme aku pouze do rastrů, používám speciální pojistné prvky a některé klíčové ochrany jsou zdvojené. Používané BMS obvody také prošly měřením ve zkušebně a snažíme se striktně plnit všechny bezpečnostní normy pro výrobu Li-ion akumulátorů.
Nebezpeční ale paradoxně není ve většině případů na straně samotného akumulátoru, ale známé a popsané případy selhání a zahoření Li-ion aku u nás i ve světě měla na svědomí zpravidla vadná nabíječka. Proto klademe velký důraz i na parametry námi dodávaných nabíječek.
Jaké Li-ion články používáme a proč?
Máme kontrakt na dodávku Li-ion článků Samsung, Panasonic a Murata (Sony) typu 18650 z přímých evropských distribučních kanálů. Mají jasný oficiální původ, stáří i korektní způsob skladování. Neprovádíme „šedý“ dovoz článků z Číny, kde nelze zaručit pravost článků (na obal vám v Číně dnes natisknou cokoliv), nelze zjistit kdy byly vyrobeny a jak byly posléze skladovány. Tyto údaje mají přitom kritický vliv na kvalitu a životnost celého akumulátoru.
Je každý akumulátor se značkovými články automaticky dobrý?
Každý světový výrobce produkuje různé řady Li-ion článků 18650 pro odlišné aplikace. Na to hřeší někteří čínší výrobci, kteří do svých akumulátorů použijí kvůli marketingu levné modely značkových článků. Ty však často nejsou určeny pro trakci, a při jejich použití v elektrokole může být jejich životnost i poloviční. Není tedy důležitá informace, že v akumulátoru jsou články Samsung, ale jaké. V našem případě nejvíce osvědčené profi trakční články 22P, 29E a 35E. Pochopitelně velkou roli hraje také kvalita použitého BMS obvodu a kvalita zkompletování akumulátoru. Sebelepší články nic nezmůžou, pokud jsou špatně nabodované (svařené) nebo nejsou správně chráněné elektronikou.
K čemu slouží BMS (Battery management system)?
Integrovaný obvod BMS obsahuje všechny ochrany akumulátoru. Například ochrana nadproudu, aby z akumulátoru nebylo možno odebírat větší proud, než jaký vydrží články a ostatní části. Dále důležitá ochrana podbití, aby se akumulátor vypnul dříve, než by se články podbily pod mez, kdy by hrozilo jejich nevratné poškození. U kvalitních BMS jsou dále přítomny ochrany proti zkratu, případně teplotní ochrana. Některé dále poskytují funkci tzv. soft startu (weak current systém), kdy lze akumulátor signálově zapínat a vypínat například za pomoci tlačítka. Důležitou součástí BMS jsou balanční obvody. Na ně je napojený každý paralelní segment článků a obvod jednotlivé segmenty mezi sebou neustále porovnává a snaží se vyrovnat (vybalancovat) jejich napěťové hodnoty. To přináší obecně delší životnost při vyšší kapacitě akumulátoru.
Vyrábíme atypické akumulátory na zakázku?
Ano, ale nikoliv kusově. Abychom mohli s klidným svědomím nést za výrobek odpovědnost, musí se správně navrhnout, vyrobit prototyp a ten intenzivně testovat. S výrobou prototypů nám velice pomáhá 3D tisk, ale i tak jde o práci velmi časově náročnou a je třeba ji zaplatit nebo cenu vývoje rozprostřít do větší série finálně vyráběných akumulátorů.
Používá se 3D tisk i v seriové výrobě?
Ano, u některých typů akumulátorů, kde výrobce obalu nedodává originální rastry pro osazení článků (cell holdery), tiskneme vlastní technické rastry. Mechanické vlastnosti jsou přitom srovnatelné. Více se ale 3D tisk uplatňuje u prototypování a v následné malosériové produkci. A nejvíce se využívá u repasí akumulátotů, kdy absolutní většina repasovaných čínských akumulátorů původně vůbec žádné cell holdery nemá a články jsou lepeny na sebe vzájemně. To samo o sobě není nic proti ničemu, ale osazení článků do rastrů, kde je mezi nimi vzduchová mezera, je prostě lepší a bezpečnější. A proto k tomu přistupujeme i u repasí.