Почему из нескольких литиевых аккумуляторных батарей нельзя составить одну, более мощную, для электромобиля

Недавно к нам обратился клиент с заказом на мотор колесо для электромобиля с мощностью 8 квт и напряжением 120 вольт. При обсуждении  поставки, он сказал, что собирается запитать контроллер этого мотор колеса от 4-х литиевых аккумуляторов с напряжением 36 вольт и ёмкостью 20 ампер часов. Я сразу ответил, что такой источник питания как минимум, - не оправдает ожиданий и не обеспечит заложенный в него ресурс; как максимум, - не будет работать вообще.

Поскольку подобные идеи я слышу довольно часто, давайте разберёмся, почему из нескольких литиевых аккумуляторных батарей нельзя составить одну более мощную. А для примера возьмём вышеупомянутую конструкцию.
 

Каждая литиевая батарея, независимо от вида:  литий полимерная, или  литий железофосфатная – это источник тока со своей системой управления, рассчитанный на определённые параметры как заряда, так и разряда. В данном случае, для питания мотор колеса,  предполагалось использовать литий железофосфатные батареи 36 вольт 20 ампер часов.
 

ВМС (система управления)  батарей такой ёмкости, обычно выдаёт ток не более 30-40А.

Мотор колесо с напряжением 120 вольт и мощностью 8 квт. в номинальном режиме потребляет ток  67 ампер, а в максимальном режиме может потреблять гораздо больше.

 Можно ли поменять ВМС на более мощную и таким образом решить проблему?

  - Скорей всего, - нет. 

Элементы, из которых состоит любая  аккумуляторная батарея, имеют определённый допустимый ток разряда (и заряда тоже). Если установить в батарею более мощную ВМС, которая разрешит потребление тока более высокого, чем могут выдать элементы, тогда из строя   могут выйти аккумуляторные элементы. Аккумуляторы  и ВМС, которые могут обеспечить большой ток – стоят дороже, поэтому их не используют в батареях, рассчитанных на более слабый ток и уж тем более, производитель не рассчитывает на работу этого аккумулятора в составе батареи из нескольких подобных аккумуляторов.
 

Если бы батареи были подключены к контроллеру параллельно, то 4 шт. по 30А каждая, могли бы дать ток 120-160А. Но для получения напряжения 120 вольт, предлагается соединить 4 батареи  по 36 вольт последовательно. При этом напряжение в цепи действительно повысится до 144 вольт, но сила тока – не увеличится и по-прежнему составит 30-40А, потому что будет ограничена каждой из четырёх ВМС аккумуляторов. Ёмкость аккумуляторной батареи, состоящей из 4-х батарей  36/20, тоже останется 20Ah.
 

Как видим, ограничение тока в 30-40А, накладываемое ВМС, не позволит составной аккумуляторной батарее обеспечить током нужной величины мотор колеса с потреблением 67А. Как только ток превысит порог 30-40А, ВМС аккумуляторных батарей, должны их отключить. 

 Кстати, если этого по каким-то причинам не произойдёт, - будет ещё хуже: батареи выйдут из строя. Могут вздуться при этом, а в некоторых случаях разрушение носит взрывной характер. Пожалуйста, читайте статью: «Взрыв литий ионного аккумулятора в лаборатории General motors» . Повторяю, - это возможно только при неисправной ВМС. При исправной, -  аккумуляторы просто отключатся.
 

Идём дальше. Даже если не учитывать ограничение по току, на  сколько хватит ёмкости аккумуляторной батареи 20 Ач, если потребляемый ток составляет 60 - 80А? – Правильно, на 15-20 минут движения. Устроит ли водителя такое время поездки от одной зарядки?

– Не думаю. 

Хорошо, мы увеличим количество аккумуляторов в цепи: возьмём не 4, а 16 шт, - чтобы их хватило на 1 час движения. В этом случае, аккумуляторы нужно соединить по 4 шт. последовательно, а затем 4 получившиеся сборки уже подключить параллельно к контроллеру. Будет ли работать такая система? В общем-то – да. Но так как напряжение каждого  аккумулятора, входящего в батарею, будет немного отличаться, то общая ёмкость системы,  никогда не достигнет расчётной. Из-за разницы напряжений, аккумуляторы в цепочках не будут полностью разряжаться и полностью заряжаться. Из-за этого ресурс системы, -  тоже уменьшится. Такая аккумуляторная батарея обойдётся дороже, а работать будет хуже, чем спроектированная под нужный ток и ёмкость.
 

Поэтому: составные конструкции из литиевых аккумуляторных батарей, спроектированных в качестве источника тока с определёнными параметрами, -  не работоспособны, стоят дороже и потому не имеют смысла.
 

А как же со свинцово-кислотными батареями, спросите вы? В принципе, для них тоже справедливо всё выше сказанное, но свинец – не такой «нежный», как «литий», у него  больше диапазон напряжений. Поэтому батареи, состоящие из 4-8 двенадцати-вольтовых аккумуляторов, работают нормально. Хотя и их рекомендуется периодически балансировать – то есть заряжать по-отдельности, уравнивая напряжение каждого аккумулятора. 
 

Но составлять батарею, состоящую из 20 свинцово-кислотных аккумуляторов, подключенных последовательно, я бы тоже не советовал. Ток в этом случае,  тоже может быть слишком большим для аккумуляторов, входящих в состав батареи. А из скольких можно? – Нужно смотреть на допустимый максимальный  ток отдачи аккумулятора. Если, предположим, требуется свинцово-кислотная аккумуляторная батарея 72v200Ah, то составлять её лучше всего из 6 аккумуляторов 12v200Ah, а не из 12 по 100 ампер часов.
 

В заключение приведу наглядный пример: по дороге мимо вас каждый день движутся «фуры», везущие кто 10, кто 25, а кто и 40 тонн груза. Видели вы хоть раз, чтобы вместо тягача, такую фуру тянула,  скажем, - четвёрка «Жигулей». Смешно? – А ведь  с составными литиевыми аккумуляторными батареями,  в общем-то,  предлагается сделать то же самое, но уже на полном серьёзе.

Для  создания литиевых аккумуляторов большой мощности,  которые будут работать долго и эффективно, нужно правильно подбирать оптимальный тип  элементов: по току, ёмкости, весу, сочетанию количества циклов и стоимости. Кроме того, все элементы должны быть из одной партии, с параметрами, максимально близкими друг к другу.  Дело это совсем не такое простое, как может показаться на первый взгляд.                    

                                                                                                                Allyur, ТМ Volta bikes

                                                                                                      Фото автора и из интернета

Теги: литиевые аккумуляторы Днепропетровск, литий ионный аккумулятор Днепропетровск, тяговые аккумуляторы Днепропетровск,литиевые аккумуляторы купить Днепропетровск