Meer over batterijen voor elektrische fietsen
Voltage
Batterijen zijn samengesteld uit verschillende cellen die met elkaar verbonden worden. Elke cel heeft een min of meer constant voltage, afhankelijk van zijn chemische samenstelling. Voor NiCad/NiMH is dat ongeveer 1,2 volt, voor loodzuur gaat het om 2 volt en lithium-cellen halen een waarde van ongeveer 3,7 volt. Typische ebikes en scooters zijn ontworpen om te rijden op 24, 36 of 48 volt, zodat een aantal cellen in serie moet geplaatst worden in een batterij die het gewenst voltage haalt. Een batterij van 36 volt zou samengesteld kunnen zijn uit 10 lithiumcellen, 18 loodzuurcellen of 30 NiMH-cellen.
Batterijen zijn samengesteld uit verschillende cellen die met elkaar verbonden worden. Elke cel heeft een min of meer constant voltage, afhankelijk van zijn chemische samenstelling. Voor NiCad/NiMH is dat ongeveer 1,2 volt, voor loodzuur gaat het om 2 volt en lithium-cellen halen een waarde van ongeveer 3,7 volt. Typische ebikes en scooters zijn ontworpen om te rijden op 24, 36 of 48 volt, zodat een aantal cellen in serie moet geplaatst worden in een batterij die het gewenst voltage haalt. Een batterij van 36 volt zou samengesteld kunnen zijn uit 10 lithiumcellen, 18 loodzuurcellen of 30 NiMH-cellen.
Ampère-uren
Wanneer er stroom gehaald wordt uit een batterij, zal het voltage van de batterij langzaam afnemen tot de cellen leegraken, waarop het voltage volledig zal wegvallen. De actietijd van een batterij is rechtstreeks gelinkt aan haar capaciteit, die wordt gemeten in ampère-uren (Ah). Een batterij die 1 ampère kan leveren gedurende 1 uur heeft een capaciteit van 1 Ah. De meeste batterijen van ebikes hebben een capaciteit die beneden de 10 Ah blijft. Wanneer een fiets gemiddeld 15 ampère per uur verbruikt en een batterij een capaciteit heeft van 10 Ah, mag men verwachten voor 40 minuten stroom te hebben.
In het algemeen zijn de afmetingen en de kosten van een cel rechtstreeks evenredig met haar Ah-capaciteit. Zo zou men kunnen stellen dat voor een dubbel aantal ampère-uren ook de omvang, het gewicht en de kosten zouden moeten verdubbeld worden. In praktijk kan dit lichtelijk afwijken, afhankelijk van de batterij-densiteit en het productie-aantal, maar meestal komt het toch dicht in de buurt van een dergelijke berekening. Zo heeft de traditionele NiMH AA-batterij ongeveer 2 Ah, een C-cel komt aan 4 Ah, terwijl een D-cel aan ongeveer 8 Ah komt en de grote F-cellen goed zijn voor 12 Ah tot 13 Ah.
Wanneer er stroom gehaald wordt uit een batterij, zal het voltage van de batterij langzaam afnemen tot de cellen leegraken, waarop het voltage volledig zal wegvallen. De actietijd van een batterij is rechtstreeks gelinkt aan haar capaciteit, die wordt gemeten in ampère-uren (Ah). Een batterij die 1 ampère kan leveren gedurende 1 uur heeft een capaciteit van 1 Ah. De meeste batterijen van ebikes hebben een capaciteit die beneden de 10 Ah blijft. Wanneer een fiets gemiddeld 15 ampère per uur verbruikt en een batterij een capaciteit heeft van 10 Ah, mag men verwachten voor 40 minuten stroom te hebben.
In het algemeen zijn de afmetingen en de kosten van een cel rechtstreeks evenredig met haar Ah-capaciteit. Zo zou men kunnen stellen dat voor een dubbel aantal ampère-uren ook de omvang, het gewicht en de kosten zouden moeten verdubbeld worden. In praktijk kan dit lichtelijk afwijken, afhankelijk van de batterij-densiteit en het productie-aantal, maar meestal komt het toch dicht in de buurt van een dergelijke berekening. Zo heeft de traditionele NiMH AA-batterij ongeveer 2 Ah, een C-cel komt aan 4 Ah, terwijl een D-cel aan ongeveer 8 Ah komt en de grote F-cellen goed zijn voor 12 Ah tot 13 Ah.
Watturen
Wanneer men wil berekenen hoever de actieradius van een bepaalde batterij reikt, moet men echter niet naar de Ah-capaciteit kijken, maar wel naar het totaal aantal watturen energie dat is opgeslagen. Eén wattuur is één duizendste van een kilowattuur, de eenheid van energie die gebruikt wordt om het gezinsverbruik aan elektriciteit te meten. Het aantal watturen in een batterij komt ongeveer overeen met een vermenigvuldiging van het aantal ampère-uren en het voltage van de batterij.
Een hoger voltage-aanbod heeft daarom minder ampère-uren nodig om dezelfde
prestaties te leveren. Een batterij van 24 volt en 8 ampère-uren kan 192 watturen leveren, net zoveel als een batterij van 48 volt met 4 ampère-uren. In de veronderstelling dat ze dezelfde scheikundige samenstelling hebben, zou men kunnen verwachten dat ze ongeveer hetzelfde wegen, evenveel kosten en bij vergelijkbare fietsen dezelfde prestaties leveren.
Een aanbod van 192 wattuur vormt echter de kleinste batterijcapaciteit die geschikt is voor een ebike. Vele standaardfietsen zijn met een dergelijke batterij uitgerust omdat dit de prijs beperkt houdt. Voor gebruikers die echter afstanden willen afleggen van veertig tot vijftig kilometer, wordt eerder een capaciteit van 400 wattuur aangeraden. Hoewel het energieverbruik in belangrijke mate afhankelijk is van de gebruikswijze, moet er toch rekening gehouden worden met negen tot tien wattuur per kilometer.
Wanneer men wil berekenen hoever de actieradius van een bepaalde batterij reikt, moet men echter niet naar de Ah-capaciteit kijken, maar wel naar het totaal aantal watturen energie dat is opgeslagen. Eén wattuur is één duizendste van een kilowattuur, de eenheid van energie die gebruikt wordt om het gezinsverbruik aan elektriciteit te meten. Het aantal watturen in een batterij komt ongeveer overeen met een vermenigvuldiging van het aantal ampère-uren en het voltage van de batterij.
Een hoger voltage-aanbod heeft daarom minder ampère-uren nodig om dezelfde
prestaties te leveren. Een batterij van 24 volt en 8 ampère-uren kan 192 watturen leveren, net zoveel als een batterij van 48 volt met 4 ampère-uren. In de veronderstelling dat ze dezelfde scheikundige samenstelling hebben, zou men kunnen verwachten dat ze ongeveer hetzelfde wegen, evenveel kosten en bij vergelijkbare fietsen dezelfde prestaties leveren.
Een aanbod van 192 wattuur vormt echter de kleinste batterijcapaciteit die geschikt is voor een ebike. Vele standaardfietsen zijn met een dergelijke batterij uitgerust omdat dit de prijs beperkt houdt. Voor gebruikers die echter afstanden willen afleggen van veertig tot vijftig kilometer, wordt eerder een capaciteit van 400 wattuur aangeraden. Hoewel het energieverbruik in belangrijke mate afhankelijk is van de gebruikswijze, moet er toch rekening gehouden worden met negen tot tien wattuur per kilometer.
Energiedensiteit
Wanneer de scheikundige samenstelling van verschillende batterijen wordt vergeleken, vormt de energiedensiteit - uitgedrukt in wattuur per kilogram (whrs/kg) - één van de meest relevante factoren. Dit cijfer maakt duidelijk hoe zwaar een batterij moet zijn om een bepaalde prestatie te leveren. Voor loodzuur is dit 20 tot 30 whrs/kg, voor nicad varieert dit van 35 tot 40 whrs/kg, NiMH komt aan 50 tot 60 whrs/kg, Li-ion aan 110 whrs/kg en Li-Polymer aan 160 whrs/kg. Met de kennis van deze waarden is het gemakkelijk om het gewenste gewicht van een batterij te voorzien, zonder daarvoor naar de gegevens van de fabrikant te moeten zoeken.
Wanneer de scheikundige samenstelling van verschillende batterijen wordt vergeleken, vormt de energiedensiteit - uitgedrukt in wattuur per kilogram (whrs/kg) - één van de meest relevante factoren. Dit cijfer maakt duidelijk hoe zwaar een batterij moet zijn om een bepaalde prestatie te leveren. Voor loodzuur is dit 20 tot 30 whrs/kg, voor nicad varieert dit van 35 tot 40 whrs/kg, NiMH komt aan 50 tot 60 whrs/kg, Li-ion aan 110 whrs/kg en Li-Polymer aan 160 whrs/kg. Met de kennis van deze waarden is het gemakkelijk om het gewenste gewicht van een batterij te voorzien, zonder daarvoor naar de gegevens van de fabrikant te moeten zoeken.
Het kiezen van een batterij
Het kiezen van een batterij verloopt in verschillende stappen.
Stap 1: Bepaal Uw voltage
In veel situaties - vooral wanneer men een batterij op een bestaand ontwerp verandert - wordt het voltage bepaald door de controle-elektronica en kan dit niet gemakkelijk worden veranderd. In andere gevallen bepaalt het voltage de maximum snelheid die de ebike kan halen en zal men een graad van vrijheid hebben om het voltage aan te passen aan de prestaties die verwacht worden. Indien men het aantal volts/rpm voor de motor kent, is het gemakkelijk te bepalen hoe hoog de snelheid bij een bepaald voltage zal liggen. Voor een optimale prestatie is het aangewezen om een waarde te kiezen - voor een ongeladen fiets - die ongeveer 20 procent hoger ligt dan de gewenste snelheid.
Hoewel het in theorie mogelijk is om batterijen met een willekeurig aantal cellen voor elk willekeurig voltage samen te stellen, zijn de meeste ontwerpen voorzien voor gestandaardiseerde opstellingen met een veelvoud van 12 volt. Daarbij zijn 24 volt, 36 volt en 48 volt de meest gangbare vormen, terwijl occasioneel ook gekozen wordt voor 72 volt. Batterijladers zijn meestal ook alleen voorzien voor deze voltages.
Stap 2: Bepaal Uw minimum capaciteit
Eens het voltage is gekend, bestaat de volgende stap erin uit te zoeken hoeveel ampère-uren er nodig zijn om een gewenste afstand af te leggen, zonder dat de batterij leeg raakt. Dit hangt uiteraard af van de trapinspanningen die de fietser zelf wenst te leveren, hoe snel men wenst te rijden en op welk terrein men fietst.
Daarbij moet de gewenste fietsafstand vermenigvuldigd worden met het gewenste
wattuur per kilometer, waardoor men uitkomt op het minimum wattuur dat men voor een uitstap nodig heeft. Wanneer het aantal wattuur gedeeld wordt door het voltage, komt men aan het minimum ampère-uur dat de batterij moet kunnen leveren.
Stap 3: Bepaal de scheikundige keuze
Na de twee eerste stappen heeft men de vereiste specificaties voor de batterij, namelijk het voltage en de capaciteit. Het is nu de kwestie om een exemplaar te vinden dat beantwoordt aan het budget van de fietser en de gewichtsbeperkingen. Een NiMH-batterij kost twee keer zoveel als een loodzuur-batterij, maar weegt slechts half zoveel, terwijl een lithium-batterij twee keer meer kost dan een NiMH-batterij, maar ook weer twee keer minder weegt.
Het kiezen van een batterij verloopt in verschillende stappen.
Stap 1: Bepaal Uw voltage
In veel situaties - vooral wanneer men een batterij op een bestaand ontwerp verandert - wordt het voltage bepaald door de controle-elektronica en kan dit niet gemakkelijk worden veranderd. In andere gevallen bepaalt het voltage de maximum snelheid die de ebike kan halen en zal men een graad van vrijheid hebben om het voltage aan te passen aan de prestaties die verwacht worden. Indien men het aantal volts/rpm voor de motor kent, is het gemakkelijk te bepalen hoe hoog de snelheid bij een bepaald voltage zal liggen. Voor een optimale prestatie is het aangewezen om een waarde te kiezen - voor een ongeladen fiets - die ongeveer 20 procent hoger ligt dan de gewenste snelheid.
Hoewel het in theorie mogelijk is om batterijen met een willekeurig aantal cellen voor elk willekeurig voltage samen te stellen, zijn de meeste ontwerpen voorzien voor gestandaardiseerde opstellingen met een veelvoud van 12 volt. Daarbij zijn 24 volt, 36 volt en 48 volt de meest gangbare vormen, terwijl occasioneel ook gekozen wordt voor 72 volt. Batterijladers zijn meestal ook alleen voorzien voor deze voltages.
Stap 2: Bepaal Uw minimum capaciteit
Eens het voltage is gekend, bestaat de volgende stap erin uit te zoeken hoeveel ampère-uren er nodig zijn om een gewenste afstand af te leggen, zonder dat de batterij leeg raakt. Dit hangt uiteraard af van de trapinspanningen die de fietser zelf wenst te leveren, hoe snel men wenst te rijden en op welk terrein men fietst.
Daarbij moet de gewenste fietsafstand vermenigvuldigd worden met het gewenste
wattuur per kilometer, waardoor men uitkomt op het minimum wattuur dat men voor een uitstap nodig heeft. Wanneer het aantal wattuur gedeeld wordt door het voltage, komt men aan het minimum ampère-uur dat de batterij moet kunnen leveren.
Stap 3: Bepaal de scheikundige keuze
Na de twee eerste stappen heeft men de vereiste specificaties voor de batterij, namelijk het voltage en de capaciteit. Het is nu de kwestie om een exemplaar te vinden dat beantwoordt aan het budget van de fietser en de gewichtsbeperkingen. Een NiMH-batterij kost twee keer zoveel als een loodzuur-batterij, maar weegt slechts half zoveel, terwijl een lithium-batterij twee keer meer kost dan een NiMH-batterij, maar ook weer twee keer minder weegt.
Inleiding
De batterij is één van de belangrijkste elementen bij de aanschaf van een fiets met een elektrische hulpmotor. Het bepaalt onder meer in grote mate het gewicht, de actieradius en de kostprijs van de fiets. Om die redenen is het dan ook meer dan aangewezen dat de koper een degelijk idee heeft over de verscheidene batterijtypes.
Terwijl er heel wat chemische combinaties kunnen gebruikt worden voor
batterijen, zijn er in de praktijk slechts vier herlaadbare batterijtypes die voor elektrisch geassisteerde fietsen geschikt zijn. Het gaat daarbij om loodzuur (PbA), nikkel-metaal hydride (NiMH), nikkel-cadmium (NiCad) en lithium-ion of lithium-polymer.
Gedurende lange tijd is loodzuur de eigenlijke standaard geweest voor elektrische voertuigen. De kostprijs blijft beperkt en de batterij heeft een aantal gekende eigenschappen. Zo moet een loodzuur-batterij op elk beschikbaar ogenblik worden opgevuld en mag ze nooit ongeladen blijven. Daarnaast mag men in de praktijk amper zestig tot zeventig procent van de beloofde ampère-uren verwachten en ligt de levensduur van de batterijen met 200 heroplaadbeurten aan de lage kant.
Veel van alle e-bikes in de wereld zijn nog steeds uitgerust met loodzuur-batterijen, maar hun dagen zijn geteld. Het gewicht van het lood dat nodig is om de fiets ongeveer veertig tot vijftig kilometer te laten rijden, ligt veel te hoog om op een comfortabele manier te kunnen fietsen.
Nikkel-cadmium was de oude standaard voor de traditionele herlaadbare batterijen in het gezin of op kantoor, vooral met de gekende AA, C en 9V series. Ze staan bekend voor hun robuste eigenschappen, een meer dan behoorlijke levensduur en een hoge energievoorziening. Ze worden nog altijd wijdverspreid gebruikt in draadloze instrumenten, telegeleid speelgoed en gelijkaardige producten, maar voor bijna alle andere toepassingen zijn ze vervangen door nikkel-metaal hydride of lithium.
Nikkel-metaal hydride is verwant aan nikkel-cadmium, maar heeft een hogere energiedensiteit en de batterijen zijn ook minder belastend voor het milieu wanneer ze op vuilnisbelten worden gedeponeerd. Nikkel-metaal hydride is het dominante herlaadbare batterijtype in digitale camera's en andere consumentenproducten die werken met batterijen die door de gebruiker kunnen vervangen worden.
Nagenoeg alle consumentenelektronica die op dit ogenblik uitgerust is met herladers, zijn voorzien van lithium-batterijen, want die kunnen ongeveer drie keer meer energie opslaan dan nikkel-metaal hydride. Kleinere toestellen zoals mobiele telefoons, mp3-spelers en andere gadgets worden meestal gevoed door lithium-polymeer batterijen, want die kunnen in handige, dunne rechthoekige verpakkingen worden gestopt. Grotere toestellen zoals laptops en de nieuwe draadloze lithium-apparaten gebruiken meesten cylindrische lithium-ionbatterijen die een kleinere omvang hebben dan een C-formaat, maar groter zijn dan een AA-versie. Met een puntlas zijn ze serie-parallel gecombineerd om een voldoende voltage en capaciteit te creëren om de vereiste taak uit te voeren.
De batterij is één van de belangrijkste elementen bij de aanschaf van een fiets met een elektrische hulpmotor. Het bepaalt onder meer in grote mate het gewicht, de actieradius en de kostprijs van de fiets. Om die redenen is het dan ook meer dan aangewezen dat de koper een degelijk idee heeft over de verscheidene batterijtypes.
Terwijl er heel wat chemische combinaties kunnen gebruikt worden voor
batterijen, zijn er in de praktijk slechts vier herlaadbare batterijtypes die voor elektrisch geassisteerde fietsen geschikt zijn. Het gaat daarbij om loodzuur (PbA), nikkel-metaal hydride (NiMH), nikkel-cadmium (NiCad) en lithium-ion of lithium-polymer.
Gedurende lange tijd is loodzuur de eigenlijke standaard geweest voor elektrische voertuigen. De kostprijs blijft beperkt en de batterij heeft een aantal gekende eigenschappen. Zo moet een loodzuur-batterij op elk beschikbaar ogenblik worden opgevuld en mag ze nooit ongeladen blijven. Daarnaast mag men in de praktijk amper zestig tot zeventig procent van de beloofde ampère-uren verwachten en ligt de levensduur van de batterijen met 200 heroplaadbeurten aan de lage kant.
Veel van alle e-bikes in de wereld zijn nog steeds uitgerust met loodzuur-batterijen, maar hun dagen zijn geteld. Het gewicht van het lood dat nodig is om de fiets ongeveer veertig tot vijftig kilometer te laten rijden, ligt veel te hoog om op een comfortabele manier te kunnen fietsen.
Nikkel-cadmium was de oude standaard voor de traditionele herlaadbare batterijen in het gezin of op kantoor, vooral met de gekende AA, C en 9V series. Ze staan bekend voor hun robuste eigenschappen, een meer dan behoorlijke levensduur en een hoge energievoorziening. Ze worden nog altijd wijdverspreid gebruikt in draadloze instrumenten, telegeleid speelgoed en gelijkaardige producten, maar voor bijna alle andere toepassingen zijn ze vervangen door nikkel-metaal hydride of lithium.
Nikkel-metaal hydride is verwant aan nikkel-cadmium, maar heeft een hogere energiedensiteit en de batterijen zijn ook minder belastend voor het milieu wanneer ze op vuilnisbelten worden gedeponeerd. Nikkel-metaal hydride is het dominante herlaadbare batterijtype in digitale camera's en andere consumentenproducten die werken met batterijen die door de gebruiker kunnen vervangen worden.
Nagenoeg alle consumentenelektronica die op dit ogenblik uitgerust is met herladers, zijn voorzien van lithium-batterijen, want die kunnen ongeveer drie keer meer energie opslaan dan nikkel-metaal hydride. Kleinere toestellen zoals mobiele telefoons, mp3-spelers en andere gadgets worden meestal gevoed door lithium-polymeer batterijen, want die kunnen in handige, dunne rechthoekige verpakkingen worden gestopt. Grotere toestellen zoals laptops en de nieuwe draadloze lithium-apparaten gebruiken meesten cylindrische lithium-ionbatterijen die een kleinere omvang hebben dan een C-formaat, maar groter zijn dan een AA-versie. Met een puntlas zijn ze serie-parallel gecombineerd om een voldoende voltage en capaciteit te creëren om de vereiste taak uit te voeren.
