Бързо зареждане за велосипеди, съвместими с новите стандарти за батерии

Еволюция на бързото зареждане в електрическата велосипедна мобилност

Как бързото зареждане променя ежедневното пътуване с електрически велосипеди и градския транспорт

Бързото зарядно устройство, което съществува днес, по същество решава това, което някога беше голям проблем, който спираше хората да използват електрически велосипеди, а именно зарядното време, което отнемаше цяла вечност. Според проучване на ChamRider от 2023 г., съвременните литиево-йонни батерии могат да достигнат около 80% заряд само за 45 минути. Това означава, че човек, който тръгва на работа, може да постави велосипеда си на заряд вкъщи преди да излезе и да има достатъчно енергия за по-голямата част от деня. Започваме да виждаме как тези малки точки за микромобилност се появяват навсякъде в градовете, където хората спират, за да допълнят заряда на велосипедите си, докато правят пазар или купуват кафе. Шофьорите на доставки особено харесват това, защото получават около 20 до 30 процента повече пробег от всеки заряд. Има смисъл защо все повече жители на градовете изоставят колите си в полза на тези електрически опции, когато движението става наистина лошо.

Основни фактори, които поддържат търсенето на бързо зарядно устройство за велосипедни батерии

Три основни сили ускоряват търсенето на бързо зарядно устройство:

1. Урбанизация : 67% от всички пътуващи до работа изминават по-малко от 15 км дневно – разстояние, което лесно може да се преодолее с бързо зареждане на електрически велосипеди (World Economic Forum, 2023).
2. Системи за смяна на батерии : Все по-често използвани от търговски флоти, тези системи позволяват моментална смяна на батерии, което минимизира прекъсванията в логистиката и операциите по доставки.
3. Очаквания на шофьорите : Велосипедистите, свикнали с бързото зареждане на смартфони, сега очакват подобно удобство, като 54% от тях посочват бавното зареждане като основна причина за отказ в проучвания (Micromobility Industries, 2023).

Влиянието на скоростта на зареждане върху поведението на шофьорите и ежедневните модели на употреба

Това колко бързо се зарежда една електрическа велосипедка наистина променя начина, по който хората ги използват всекидневно. Потребителите на велосипедки с опции за бързо зареждане правят около 25% повече пътувания всяка седмица в сравнение с тези, които използват по-бавни зарядни устройства, и са значително по-склонни да използват велосипедите си вместо обществен транспорт, когато нещо неочаквано се появи. Според проучване, публикувано миналата година, около две трети от редовните пътуващи до работа правят паузи през обед, за да заредят батерията на велосипедките си в кафене или на работното си място. Това им позволява да се наслаждават на разходки вечер, без да се притесняват, че батерията ще се изтощи на половина път. Забелязахме този модел в няколко големи европейски града, където средното дневно разстояние, което се изминава, се е увеличило от около 8 километра до почти 13 километра, откакто по-бързите опции за зареждане са станали налични.

Възникващи стандарти за батерии и стремежът към универсална съвместимост

Преглед на новите стандарти за батерии на електрически велосипеди и модулни дизайн решения

Забелязваме реален напредък в начина, по който се проектират батериите за велосипеди напоследък. Производителите преминават към по-модулни системи, които работят на различни платформи. Повечето компании сега приемат цилиндричния формат 21700 на литиево-йонните батерии като стандарт. Тези по-нови клетки съдържат около 20 до 30 процента повече енергия в сравнение със старите модели 18650, които са заменили, но все още се вписват в съществуващите системи отпреди прехода. Когато става въпрос за подобрения в безопасността, производителите започнаха да добавят отдушници за регулиране на налягането, както и вградени сензори за измерване на температурата. Това не е просто добра практика – съответства и на това, което предвижда предстоящият проект на регулацията ISO 4210-10. До 2025 г. батериите ще трябва да издържат поне 2000 пълни цикъла на зареждане, като запазват 80% от първоначалния си капацитет, според тези нови правила.

Ролята на сертификатите за безопасност като UL 2272 при осигуряване на съвместимост на батериите за велосипеди

Сертификати от трети страни, като най-новата версия на стандарта UL 2272, пуснат през 2024 г., служат като важни маркери за съвместимостта и безопасността на батерийните системи. Какво означава това на практика? Стандартът изисква батериите да преминат през сериозни тестове под натоварване. Те трябва да издържат на вибрации в честотния диапазон от 5 до 2000 Hz и да оцелеят при резки температурни промени между минус 20 градуса по Целзий и плюс 60 градуса по Целзий. При случаи на бързо зареждане, тези батерии трябва да останат в рамките на максимално 0.1% отклонение на напрежението. Според данни за безопасност от 2023 г., около една трета от всички пожари, предизвикани от електрически велосипеди, всъщност са причинени от проблеми с искрене на конекторите, което е точно това, което новите изисквания за тестване се опитват да предотвратят.

Фрагментация срещу универсално прилагане: Предизвикателства при стандартизирането на конекторите за зареждане на електрически велосипеди

Пазарът остава фрагментиран:

Това разнообразие усложнява инфраструктурата за публично зареждане, което изисква градовете да използват 3—5 типа адаптера, за да могат да поддържат 95% от местните електрически велосипеди.

Примерен анализ: Инициативата на Европейския съюз за стандартизирани системи за зареждане на електрически велосипеди

ЕС 2024 Директива за съвместимост на батерии задължава използването на конектори тип-3 за всички нови електрически велосипеди след 2027 г., като тези конектори ще имат автоматични механизми за заключване и съвместимост с 150—1 000V DC. Първоначални пилотни проекти в Барселона показват намаление с 40% на разходите за поддръжка на зарядните станции, поради стандартизирането на регулирането на напрежението (56V ±1% толерантност), което доказва икономическите придобиви от универсални системи.

Батерии от следващо поколение, които осигуряват по-бързо зареждане

Напредък в литиево-йонните батерии за бързо зареждане на електрически велосипеди

Съвременните литиево-йонни батерии достигат 80% заряд за по-малко от 20 минути благодарение на аноди, доминирани от силиций, и катоди, богати на никел. Тези иновации осигуряват заряд 15—20% по-бързо в сравнение с традиционните конструкции, използващи графит (Energy Storage Journal 2024). Подобрени системи за термичен контрол поддържат стабилността по време на бързо зареждане, което подобрява безопасността и представянето за градските пътници.

Батерии с твърд електролит: По-безопасни, по-плътни и с по-бързо зареждане решения за електрически велосипеди

Новите твърдотелни батерии заменят опасните течни електролити с по-безопасни керамика или полимери. Според изследвания, направени в Института за безопасност на батериите през 2023 г., тази промяна намалява риска от пожар с около 83%. Във връзка със съхранението на енергия, тези батерии също имат сериозна мощ. Те могат да съхраняват повече от 500 Wh на килограм, което всъщност е два пъти повече отколкото при стандартните литиево-йонни батерии днес. Това означава, че производителите могат да изработват значително по-малки батерийни блокове, като при това постигат отлична производителност. Освен това, зареждането сега отнема само от 12 до 15 минути, в сравнение с часове преди това. Първоначални прототипи са показали, че те издържат повече от 1000 цикъла на зареждане с минимално деградиране, губейки по-малко от 5% от своя капацитет с течение на времето. Този вид издръжливост наистина помага да се успокоят опасенията относно това колко дълго ще работят тези батерии в реални условия.

Натриево-йонни батерии като устойчива алтернатива с потенциал за бързо зареждане

Преходът от литий към по-широко разпространения натрий намалява разходите за батерии с около 40% на киловат час, без да се жертва много от скоростта на зареждане в сравнение със средните литиеви опции. Плътността на енергията е някъде между 100 и 150 Wh на килограм, което не е много добро, но последните изследвания върху катоди от желязо и манган може да ни приближат до онези посочени в Renewable Power Quarterly миналата година за пълно зареждане за 30 минути. Наистина забележително е колко безопасни са тези батерии, тъй като те не съдържат токсични материали. Градовете, които искат да разширят мрежите си за споделени електрически велосипеди, биха могли значително да се възползват от тази технология, тъй като тя добре съответства на инициативите за рециклиране и намалява екологичния ефект с течение на времето.

Проектиране на бързо зареждащи устройства, съвместими с модерните батерии за електрически планински велосипеди

Съгласуване на изходната мощност на зарядните устройства с променящото се напрежение и спецификациите на батериите за електрически планински велосипеди

eMTB акумулаторите обикновено работят с напрежение от 36 волта до около 52 волта днес, така че зарядното устройство трябва да подава точно подходящото количество ток някъде между 6 ампера и 15 ампера, като при това остава в безопасни температурни граници. Повечето от водещите марки вече започнаха да въвеждат интелигентни технологии, които им позволяват автоматично да разпознават различни напрежения и да настройват изхода си съответно, когато се свържат към различни батерийни пакети. Това гарантира правилното функциониране дори с по-новите клетки 21700, към които все повече шофьори преминават напоследък. Според някои нови проучвания, публикувани миналата година, използването на неправилно зарядно устройство всъщност може да съкрати живота на литиево-йонните батерии с цели 22 процента с течение на времето. Това наистина подчертава защо е важно да се избере качествено зарядно устройство за всеки, който иска електрическият велосипед за планина да изкара през много приключения.

Инженерни предизвикателства при синхронизирането на бързите зарядни устройства с модулните батерийни системи

Модулите на батерии със своите предизвикателства предимно защото те идват с различен брой клетки, вариращ от 4 до 14 на модул, освен това има смес от химични съставки NMC и LFP. Когато става въпрос за системи за бързо зареждане с капацитет над 1000Wh, термичният контрол става наистина важен елемент. Ако топлината не се разпределя равномерно по модулите по време на циклите на зареждане, наблюдаваме по-бързо износване на капацитета на батерията с течение на времето. Най-новата версия на стандартите за безопасност UL 2272 промени нещата значително за производителите на зарядни устройства. Сега те трябва да вградят възможности за откриване на грешки при последователни и паралелни връзки в рамките на модулните конфигурации. Това ново изискване всъщност увеличава работното натоварване на микроконтролерите с около 30 процента, според данни от последни изпитвания. Как реагират компаниите? Много от тях се обръщат към решения с течностно охлаждане за техните зарядни интерфейси, докато внедряват двупосочни комуникационни системи, които постоянно обменят информация със системата за управление на батерията или BMS, както често се нарича в сферата.

Реални предимства от бързото зареждане и напредналата далечина на батерията

Производителност в практиката: Бързо зареждане и увеличен обхват при съвременните електрически велосипеди

Съвременните велосипедни батерии сега осигуряват далечина от около 80 до 120 километра след едно пълно зареждане. Те могат да се заредят от 20% заряд до 80% за около 2 до 4 часа, което представлява приблизително 60% подобрение в сравнение с това, което е било налично през 2020 г. Компаниите за доставки в градовете са забелязали, че техните превозни средства се използват около 35% повече на ден, защото шофьорите прекарват по-малко време в чакане батериите да се заредят. Това се случва благодарение на онези бързи зарядни станции, до които шофьорите могат да получат достъп по време на редовните си почивки между доставките. Най-новите литиево-йонни клетки, комбинирани с по-добри системи за контрол на температурата, продължават да работят добре дори когато температурите са много високи или ниски. Това е от голямо значение за хората, които карят електрически велосипеди в планините или превозват тежки товари при различни метеорологични условия през различните сезони.

Подобряване на потребителския опит чрез намалено време за зареждане

Хората все повече изоставят зареждането през нощта и предпочитат бързо подзареждане за под 30 минути. Сега може лесно да се зареди електрическия велосипед по време на обедна почивка или докато се тренира в зала. Компаниите за наемане също са забелязали този тренд и са инсталирали бързи зарядни станции, за да могат да предоставят велосипеди един след друг без дълго чакане. Удобството е значително подобрена, което се потвърждава от 28% увеличение в използването на електрически велосипеди през работните дни според данни от докладите за мобилност през 2023 г. Медицински специалисти и студенти изглеждат особено заинтересовани от този вариант, тъй като за тях всяка минута е от значение в натовареното ежедневие.

Интелигентни стратегии за зареждане, които удължават живота и ефективността на батериите на велосипедите

Три основни стратегии удължават живота на батерията, без да жертват скоростта:

• Адаптивна регулация на тока която се настройва въз основа на напрежението и температурата на клетките
• Степенно зареждане (първоначално 80% — балансиране — поддържащо зареждане)
• Алгоритми за учене на моделите на употреба които отлагат пълното зареждане до моментите непосредствено преди използването

Тези подходи удължават обичайния живот на литиевите батерии до 1200+ цикъла със запазване на 85% от капацитета, което значително намалява разходите за подмяна в приложения с голям пробег като доставки на храна и системи за споделено придвижване.

Често задавани въпроси относно бързото зареждане в електрическата веломобилност

Какъв е текущият обхват на електрическите велосипеди след бързо зареждане?

Съвременните батерии за електрически велосипеди осигуряват пробег от около 80 до 120 километра след едно пълно зареждане.

Колко време отнема бързото зареждане на литиево-йонна батерия за електрически велосипеди?

Съвременните литиево-йонни батерии достигат около 80% заряд за по-малко от 20 минути с използването на съществуващи технологии.

Какви предизвикателства съществуват при стандартизирането на системите за зареждане на електрически велосипеди?

Пазарът е фрагментиран с множество типове конектори, което изисква градовете да поддържат различни типове адаптери за изграждане на завършена инфраструктура.

Какви са предимствата от използването на натриево-йонни батерии в сравнение с литиево-йонни?

Натриево-йонните батерии предлагат намаление на разходите, екологични придобивки и подобрена безопасност, въпреки леко по-ниската плътност на енергия в сравнение с литиево-йонните.