כדאי לדעת - סוללות על קצה המזלג

ידע כללי

הסוללה מתחלקת לשלשה חלקים עקריים : אלקטרודה חיובית (אנודה) אלקטרודה שלילית (קטודה) ובינהן אלקטרוליט . האלקטרוליט הוא חומר כימי אשר ריכוזו משתנה בעת פעולת המצבר . ליתיום היא מתכת רכה וכסופה המגיבה במהירות עם מים או אויר , זוהי המתכת הקלה ביותר . יוני הליתיום נמצאים באלקטרוליט , הם מגיעים אליו בזמן הטעינה מהאלקטרודות , ונאספים אליהן מחדש בעת הפריקה. התאים הבודדים בעלי מתח של 3.7 וולט , המארז כולל תאים בודדים מחוברים בטור.

הסיבה לשימוש בליתיום היא יכולת אגירה ופריקה של אנרגיה יוצאת דופן, מה שמאפשר תכנון מצבר קטן וקל יחסית.
במשפחת סוללות הליתיום קיימים סוגים רבים הנבדלים במתח, בתפוקת האנרגיה ,במספר המחזורים במשקל בבטיחות ועוד. להלן טבלת השוואה לסוללות הליתיום הנפוצות בקבוצת LI-ION . השוני נובע בקטודה . ליתיום־איון הינה משפחה ולא סוללה מסויימת.

Specifications	Li-cobalt LiCoO₂ (LCO)	Li-manganese LiMn₂O₄(LMO)	Li-phosphate LiFePO₄(LFP)	NMC¹ LiNiMnCoO₂
Voltage	3.60V	3.80V	3.30V	3.60/3.70V
Charge limit	4.20V	4.20V	3.60V	4.20V
Cycle life²	500–1,000	500–1,000	1,000–2,000	1,000–2,000
Operating temperature	Average	Average	Good	Good
Specific energy	150–190Wh/kg	100–135Wh/kg	90–120Wh/kg	140-180Wh/kg
Specific power	1C	10C, 40C pulse	35C continuous	10C
Safety	Average. Requires protection circuit and cell balancing of multi cell pack. Requirements for small formats with 1 or 2 cells can be relaxed		Very safe, needs cell balancing and V protection.	Safer than Li-cobalt. Needs cell balancing and protection.
Thermal. runaway³	150°C (302°F)	250°C (482°F)	270°C (518°F)	210°C (410°F)
Cost	Raw material high	Moli Energy, NEC Hitachi, Samsung	High	High
In use since	1994	1996	1999	2003
Researchers, manufacturers	Sony, Sanyo, GS Yuasa, LG Chem Samsung Hitachi, Toshiba	Hitachi, Samsung, Sanyo, GS Yuasa, LG Chem, Toshiba Moli Energy, NEC	A123, Valence, GS Yuasa, BYD, JCI/Saft, Lishen	Sony, Sanyo, LG Chem, GS Yuasa, Hitachi Samsung
Notes	Very high specific energy, limited power; cell phones, laptops	High power, good to high specific energy; power tools, medical, EVs	High power, average specific energy, elevated self-discharge	Very high specific energy, high power; tools, medical, EVs

Electrode material	Average potential difference	Specific capacity	Specific energy
LiCoO₂	3.7 V	140 mA·h/g	0.518 kW·h/kg
LiMn₂O₄	4.0 V	100 mA·h/g	0.400 kW·h/kg
LiNiO₂	3.5 V	180 mA·h/g	0.630 kW·h/kg
LiFePO₄	3.3 V	150 mA·h/g	0.495 kW·h/kg
Li₂FePO₄F	3.6 V	115 mA·h/g	0.414 kW·h/kg
LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂	3.6 V	160 mA·h/g	0.576 kW·h/kg
Li(Li_aNi_xMn_yCo_z)O₂	4.2 V	220 mA·h/g	0.920 kW·h/kg

קצת על LiFePO4 באיזיבייק

מתח התא הבודד 3.2v . מארז מכיל 24 תאים . 12 מחוברים בטור v38.4 =3.2*12 ועוד 12 מחוברים במקביל . ל 12 הראשונים. המתח הנומינלי 38.4 v המתח המקסימלי (כאשר הסוללה טעונה במלואה במצב חדש) הינו 42v

ברכיבה על האופניים /קורקינט המתח יורד בהדרגה עד 28V . ואז הבקר מנתק את הסוללה (כדי שלא תהרס) קיבולת הסוללה כאשר היא חדשה הינו 6AH . הקיבולת יורדת במשך הזמן , לאחר שנת שימוש נקבל בערך 85% קיבולת . לאחר שנתיים 80% ולאחר 3 שנים 70% .

טיפים :
בדיקת קיבולת ניתן לעשות ע"י מדידת זמן הטעינה . אם אנחנו משתמשים במטען 2AH הסוללה תטען במלואה תוך 3 שעות . אם זמן הטעינה מתקצר סימן שקיבולת הסוללה ירדה (כמובן שטווח הנסיעה מתקצר בהתאמה) . אם זמן הטעינה הינו שעתיים למשל ניתן להגיד שהקיבולת 60% . טווח הנסיעה יהיה 60% ביחס לסוללה חדשה .
סוללת LiFePO4 מצטיינת ביכולת פריקה (DISCHARGE) גבוהה . 10C משמעותו שניתן לקבל עד פי 10 מהזרם . אולם זה אפשרי לפרק זמן קצר כדי לשמור על חיי הסוללה . ככל ש "נסחוט" יותר מהסוללה כך יתקצרו חייה , הקיבולת תרד .

שימוש מאומץ ושחיקת הסוללה מתקיים במקרים הבאים :

בתחילת הנסיעה עד להגעה למהירות קבועה.

בעלייה

כאשר הרוכב כבד

כאשר לחץ האויר הצמיג נמוך מהנדרש .

כל גורם אחר שמפריע (רוח,מעצור תפוס וכ"ו)

תפוקת האנרגיה של הליתיום גבוהה ב 50 % לאומת מצבר העופרת. מחירי סוללות אלו גבוהים מסוללות חומצת העופרת אולם בחישוב כולל הן לא יקרות יותר מכוון שמספר מחזורי הטעינה הינו כפול, דהיינו 600 לסוללת ליתיום פולימר לאומת 300 בסוללת עופרת-חומצה.

פריקת סוללה.

יש נתון חשוב שנמדד ב C . הנתון מודד כמה פעמים ניתן לפרוק את הסוללה בשעה. אם יש לנו סוללה של 6Ah ומתבצעת פריקה בקצב 2C אנחנו מקבלים 12Ah . קצב פריקה של 1c-1.3c הינו קצב אופטימלי ב LifePO4 . קצב פריקה גבוה שוחק את חיי הסוללה . קצב הפריקה נשלט הן ע"י הרוכב והן ע"י בקר PMC . LifePO4 מאפשרת פריקה מאומצת ויחסית שחיקה נמוכה לאומת סוללות אחרות .

Amp-Hour

יחידת אמפר שעה
שחרור אחד אמפר במשך שעה
30 Amp-Hour משחרר 30 אמפר בשעה . או 15 אמפר למשך שעתיים או 10 אמפר במשך שלש שעות וכ"ו . הסוללה של bikeboard מספקת 27 אמפר לשעה ברצף . זהו כמובן נתון מאוד משמעותי . זהו הכח האמיתי המסופק למנוע ע"י הסוללה.

Watt

A unit of work or power that is the product of voltage multiplied by amps. Amper * Voltage = Watt (hour) . Watt * motror efficency = כח ריאלי אמיתי bikeboard power = 53v * 27a = 1431w 1431w * 70% = 1001 W/h

טעינה

טכניקת הטעינה של סוללות מסוג ליתיום פולימר שונה משמעותית מטעינת סוללות ניקל קדמיום / מטאל ההבדל העיקרי נעוץ בכך שהטעינה מתבצעת בזרם המתגבר הדרגתית ומשלב מסוים במהלך הטעינה הזרם נחלש עד לרמת אפס מוחלטת. כמו כן קצת הטעינה בדומה לקצב הצריכה ( פריקה ) נמוך למדי ועומד על 1C לעומת זאת בטעינת סוללות מסוג ניקל קדמיום הטעינה מתבצעת בזרם קבוע עם קפיצות מתח רגעיות גם קצב הטעינה גבוה משמעותית ויכול להגיע עד כדי 5C לערך.
פרט חשוב מאד בטעינת סוללת ליתיום הוא נושא הטמפרטורה רצוי להקפיד להשתמש במטען היודע לזהות עליה חדה בטמפרטורה וזאת מסיבות בטיחות שיפורטו בהמשך ! בשום פנים ואופן אין לטעון סוללת ליתיום במטען שאינו מיועד לכך ( הקפידו לרכוש מטען מתאים )
תכונה חשובה נוספת של סוללות ליתיום היא פריקה עצמית נמוכה במיוחד העומדת על 2% לחצי שנה לעומתן סוללות ניקל נפרקות בקצב של בערך 30% לשבוע.
מתח טעינה מקסימאלי של תא ליתיום הוא – V4.2, ואין לחרוג ממתח זה בשום צורה. אם בטעינה, המטען לא הפסיק טעינה ב-V4.2 , והמתח הגיע ל- V4.25, לא טוב ! במקרה כזה, תא יכול להנזק לצמיתות. זרם מקסימאלי לטעינה הוא לא יותר מ- 1.05 כפול קיבולת תא כפי שמוצהר ע"י היצרן. דוגמא : תא, שמוצהר שהוא 1500mA , יש לטעון בזרם של לא יותר מ- 1575mA .
בסוללות במשפחת הליתיום קיימים שני סוגים עקריים : ליתיום פולימר וליתיום פוספט. סוללת ליתיום פוספט מצטיינת במספר מחזורי טעינה גדול במיוחד , בין 1000 ל 3000 תלוי באיכות הסוללה. אולם סוללות אלו כבדות יותר מסוללות הליתיום פולימר לכן הן פחות מועדפות.

סוללת הליתיום לא סובלת מפריקה עצמית ולא מאפקט הזכרון הידוע לרעה. ניתן לטעון אותם חלקית בכל שלב . טעינה חלקית איננה נחשבת כטעינה מלאה מבחינת מספר המחזורים .

הערה : במצבים של טמפרטורה קרה הספק הסוללה יורד .

שמירה על הסוללה
טמפרטורה גבוהה (מעל 50 מעלות) מקצרת את חיי הסוללה בצורה משמעותית, רצוי לאחסן את הסוללה במקרר (לא במקפיא) .
גם קצב טעינה ופריקה משפיע על חייה , אשר מתארכים ככל שהקצבים נמוכים יותר .
אין לאחסן תא / PACK ליתיום, עם פחות מ- 20-50% קיבולת. איחסון תא פרוק (פחות מ-V2.55 ), והתא ייפגע בצורה שתהפוך אותו ללא שמיש.
במוצרי בייקבורד נעשה שימוש בסוללות ליתיום פולימר בלבד אשר נחשבות כיום לטובות ביותר לשימושי רכבים קלים חשמליים.
על גבי הסוללות יש מד יחודי , בין השאר ניתן לדעת כמה מחזורי טעינה בוצעו עד כה ( חשוב מאוד בנושא האחריות ) .
הסוללות מאוד איכותיות ומחירם אכן לא נמוך. כללי זהירות אין לטעון סוללה ללא השגחה
יש להקפיד על קוטביות.. טעיתם ? ממש חבל אין אחריות למצב כזה וזה יקר
יש להקפיד לטעון בטמפרטורת סביבה של 0-50 מעלות.
אין להלחים תאים ללא ידע מוקדם בהלחמות..
הטאבים של התאים מאוד רגישים, ועשויים כסף טהור, ולכן רצוי, אם אפשר, לחברם באמצעים אחרים, כמו רצועות זהב דביקות ומוליכות, או בריקוע.
אין לזרוק תאים לאש.
אין להרטיב תא ליתיום... בכל נוזל שהוא !.. אף פעם !
יש להרחיק מילדים
אין לנקב תא.. למה ?.. ככה !
אין להשתמש בתא / PACK שנחבל .