Greitai judantys įkrovikliai dviračiui, suderinami su naujai kuriamais baterijų standartais

Greito įkrovimo technologijos e-dviračių mobiliumo raida

Kaip greitas įkrovimas keičia e-dviračių komutavimą ir miesto transporto sistemas

Šiuolaikinė greitojo įkrovimo technologija iš esmės išsprendžia buvusią pagrindinę problemą, trukdžiusią žmonėms naudoti elektrinius dviračius – ilgą įkrovimo laiką. Pagal 2023 metų ChamRider tyrimus, šiuolaikinės litio jonų baterijos gali pasiekti apie 80 % įkrovimo per 45 minutes. Tai reiškia, kad žmogus, vykstantis į darbą, gali prijungti dviratį prie įkrovimo įrenginio namuose prieš išeidamas ir turėti pakankamai energijos daugiajai dienos daliai. Pradedame matyti vis daugiau tokių mažų mikromobilumo vietų, kurios atsiranda visuose miestuose, o žmonės užsuka jas aplankyti, kad būtų galima papildyti dviračių energiją, kol atliekami pirkimai arba užsukama į kavos barą. Pristatymo vairuotojai ypač vertina šią technologiją, nes kiekvieną kartą įkrovę gauna apie 20–30 % daugiau nuvairavimo atstumo. Aišku tampa, kodėl vis daugiau miesto gyventojų renkasi elektrinius variantus, kai eismo situacija tampa labai bloga.

Pagrindiniai veiksniai, skatinantys greito įkrovimo paklausą dviračių baterijoms

Trys pagrindinės jėgos, pagreitinančios greito įkrovimo paklausą:

1. Miestinės : 67 % visų pasaulio komutatorių kasdien važiuoja mažiau nei 15 km – atstumas, kuris puikiai tilpta į greitai įkraunamų elektrinių dviračių diapazoną (World Economic Forum, 2023).
2. Baterijų keitimo sistemos : Vis daugiau įmonių naudojasi šiomis sistemomis, leidžiančiomis iš karto pakesti baterijas, todėl sumažėja prastovos logistikos ir pristatymo operacijose.
3. Vairuotojų lūkesčiai : Dviratininkai, įpratę prie mobiliųjų telefonų įkrovimo spartos, dabar tikisi tokio patogumo, o 54 % apklausų dalyvių nurodė, kad lėtas įkrovimas yra svarbus veiksnys, verčiantis atsisakyti (Micromobility Industries, 2023).

Įkrovimo spartos poveikis vairuotojų elgesiui ir kasdieniam naudojimui

Kiek greitai elektrinis dviratis įsikrauna, iš tikrųjų keičia žmonių kasdieninį važinėjimą. Dviratininkai, turintys greito įkrovimo galimybes, lyginant su tais, kurie naudojasi lėtesniais įkrovikliais, per savaitę vyksta maždaug 25 % daugiau išvykų ir dažniau pasirenka dviratį, o ne viešąjį transportą, kai iškyla netikėta proga. Pagal paskutinį praėjusiais metais paskelbtą tyrimą, apie dvi trečiosios nuolatinių komutatorių per pietų pertraukas užsuka į darbą ar kavos kioskus, kad greitai įkrautų baterijas. Tai leidžia jiems vakarais mėgautis laisvalaikiu be baimės, kad baterija išsikraus per pusę kelio. Šį modelį stebėjome keliuose Europos didmiesčiuose, kuriuose kasdieniniai nuvažiuoti atstumai nuo maždaug 8 kilometrų išaugo iki beveik 13 kilometrų nuo tada, kai pasiekiamos greitesnės įkrovimo galimybės.

Atsirandantys baterijų standartai ir siekis užtikrinti visuotinį suderinamumą

Naujų elektrinių dviračių baterijų standartų ir modulinių sistemų apžvalga

Matome, kad šiuolaikinėse dviračių baterijų konstrukcijose pasiekta tikrų pažangos. Gaminantys įmonės linksta prie labiau moduliarių sistemų, kurios veiktų skirtingose platformose. Daugelis įmonių jau priėmė 21700 litio jonų cilindro formatą kaip standartą. Šie naujesni elementai talpina apie 20–30 procentų daugiau energijos nei senieji 18650 modeliai, kuriuos pakeitė, tačiau vis tiek telpa į esamas sistemas, naudotas dar prieš perėjimą. Kalbant apie saugos patobulinimus, gamintojai pradėjo įtraukti slėgio išmetimo vožtuvus kartu su integruotais temperatūros stebėjimo jutikliais. Tai nėra tik gera praktika – tai atitinka tai, kas yra numatyta naujai rengiamoje ISO 4210-10 standarto versijoje. Nuo 2025 metų pagal šiuos artėjančius reikalavimus baterijos turės išlaikyti bent 80 procentų pradinės talpos, atlaikydamos ne mažiau kaip 2000 pilnų įkrovimo ciklų.

Saugos sertifikatų, tokių kaip UL 2272, svarba užtikrinant dviračių baterijų suderinamumą

Trečiųjų šalių sertifikatai, tokie kaip 2024 metais paskelbta naujausia UL 2272 standarto versija, tarnauja kaip svarbūs žymekliai, rodantys tiek suderinamumą, tiek saugą, kalbant apie baterijų sistemas. Ką tai praktiškai reiškia? Na, standartas reikalauja, kad baterijos būtų išbandytos sunkiomis apkrovos sąlygomis. Jos turi atlaikyti vibracijas dažnių diapazone nuo 5 iki 2000 Hz ir išgyventi kraštutinius temperatūros pokyčius nuo minus 20 laipsnių Celsijaus iki plius 60 laipsnių Celsijaus. Esant greitojo įkrovimo sąlygoms, šių baterijų įtampa turi skirtis ne daugiau kaip 0,1 procento. Atsižvelgiant į naujausius 2023 metų saugumo duomenis, maždaug viena trečdalis visų elektrinių dviračių gaisrų iš tiesų buvo sukelta dėl problemų su jungtimis, kurios kibirkščiavo – būtent tai ir siekiama išvengti pagal šiuos naujus bandomųjų reikalavimus.

Fragmentacija kontra visuotinis priėmimas: sunkumai standartizuojant elektrinių dviračių įkrovimo jungtis

Rinka išlieka fragmentuota:

Ši įvairovė komplikuoja viešą elektros įkrovimo infrastruktūrą, todėl miestams tenka diegti 3–5 adapterių tipų, kad būtų užtikrinta 95 % vietinių elektrinių dviračių palaikymas.

Atvejo analizė: Europos Sąjungos iniciatyva dėl standartizuotų elektrinių dviračių įkrovimo sistemų

ES 2024 Baterijų tarpusavyje veikiančių sistemų direktyva nustato, kad nuo 2027 m. visiems naujiems elektriniams dviračiams būtų privalomi Type-3 jungtys, turinčios automatinio blokavimo mechanizmus ir 150–1 000 V nuolatinės srovės suderinamumą. Ankstyvieji bandymai Barselonoje parodė, kad dėl standartizuotos įtampos reguliacijos (56 V ±1 % paklaida) įkrovimo stotelių priežiūros išlaidos sumažėjo 40 %, kas rodo universalių sistemų ekonominius privalumus.

Kitos kartos baterijų technologijos, leidžiančios greitesnį įkrovimą

Pažengęs litio jonų baterijų tobulinimas greitam įkrovimui elektriniuose dviračiuose

Dabartinės litio jonų technologijos leidžia 80 proc. įkrauti per mažiau nei 20 minučių dėl silicio anodų ir nikelio katodų. Šios inovacijos suteikia 15–20 proc. greitesnį įkrovimą nei tradicinės grafito konstrukcijos (Energy Storage Journal 2024). Patobulinta šilumos valdymo sistema užtikrina stabilumą įkraunant dideliu greičiu, kas padidina saugumą ir našumą miesto keliais naudojamams e. transportui.

Kietojo elektrolito baterijos: Saugesnės, tankesnės ir greičiau įsikraunančios e. dviračių sprendimai

Naujosios baterijos su kietuoju elektrolitu atsisako pavojingų skystųjų elektrolitų ir vietoj jų naudoja saugesnius keraminius arba polimerinius medžiagas. Pagal 2023 m. atliktus tyrimus Baterijų saugumo institute, tokia permaina sumažina gaisrų riziką maždaug 83 %. Kalbant apie energijos kaupimą, šios baterijos taip pat turi nemažą galios tankį. Jos gali kaupti daugiau nei 500 Wh per kg, o tai dvigubai viršija šiuo metu naudojamų litio jonų baterijų rodiklius. Tai reiškia, kad gamintojai gali kurti daug mažesnes baterijų konstrukcijas, išlaikant puikią našumą. Be to, dabar pakrauti baterijas užtrunka tik 12–15 minučių, skirtingai nuo ankstesnių valandų. Ankstyvieji prototipai parodė, kad jos išgyvena daugiau nei 1000 įkrovimo ciklų su minimalia degradacija, prarandant mažiau nei 5 % talpos per laiką. Tokio ilgaamžiškumo pakanka nuraminti baimes dėl to, kaip ilgai šios baterijos iš tikrųjų veiktų realiomis sąlygomis.

Natrio jonų baterijos kaip atsinaujinančios alternatyvos su greito įkrovimo galimybėmis

Pereinant nuo litio prie gausaus natrio, baterijų kaina mažėja maždaug 40 % kiekvienam kilovatvalandžiui, beveik neprarandant įkrovimo greičio, lyginant su vidutiniais litio baterijų sprendimais. Energijos tankis yra tarp 100 ir 150 Wh vienam kilogramui, o tai nėra labai daug, tačiau nauji tyrimai naudojant geležies-mangano katodus gali padėti pasiekti tuos 30 minučių pilno įkrovimo laikus, apie kuriuos kalbėta pernai išleistame Atsinaujinančios energijos ketvirčio leidime. Tačiau tai, kas tikrai išsiskiria, yra šių baterijų saugumas, nes jos nesudarytos iš toksiškų medžiagų. Miestai, kurie nori plėsti elektrinių dviračių dalijimosi tinklus, galėtų daug pasipelnyti iš šios technologijos, nes ji gerai derėtų su perdirbimo iniciatyvomis ir ilgainiui sumažintų poveikį aplinkai.

Projektuojant greitaeigius įkroviklius, suderinamų su moderniomis eMTB baterijomis

Suderinant įkroviklio išvestį su besikeičiančiomis eMTB baterijų įtampa ir techniniais parametrais

eMTB baterijos šiuolaikinėmis dienomis veikia nuo 36 voltų iki maždaug 52 voltų, todėl įkroviklis turi tiekti tinkamą srovės kiekį, esant tarp 6 amperų ir 15 amperų, išlaikant saugų temperatūros diapazoną. Daugelis pirminių prekių ženklų jau pradėjo integruoti išmaniuosius technologijas, kurios leidžia jiems automatiškai atpažinti skirtingus įtampos lygius ir prijungus prie įvairių baterijų paketų atitinkamai koreguoti išvestį. Tai užtikrina tinkamą veikimą net su naujesnėmis 21700 elementų kasetėmis, prie kurių daugelis vartotojų šiuo metu keičiasi. Pagal kai kuriuos paskutinius metus atliktus tyrimus, naudojant netinkamą įkroviklį, litio jonų baterijų gyvavimo laikas gali sutrumpėti net 22 procentais per ilgą laiką. Tai labai pabrėžia, kodėl svarbu įsigyti kokybišką įkroviklį tiems, kurie nori, kad jų elektrinis kalnų dviratis tarnautų per daugybę nuotykių.

Techninės problemos derinant greitųjų įkrovimo įrenginių ir modulinės baterijų sistemų

Baterijos moduliai sukelia savo iššūkius, daugiausiai dėl to, kad jie turi skirtingą elementų skaičių – nuo 4 iki 14 vienetų viename modulyje, be to, naudojami tiek NMC, tiek LFP chemijos tipai. Kai kalba eina apie greito įkrovimo sistemas, viršijančias 1000Wh talpą, termovaldymas tampa labai svarbiu klausimu. Jei šiluma įkrovimo ciklų metu nėra tolygiai paskirstoma per visus modulius, pastebime, kad baterijos talpa laikui bėgant degraduojasi greičiau. Naujausia UL 2272 saugos standartų versija reikšmingai paveikė įkroviklių gamintojus. Dabar jiems reikia integruoti klaidų aptikimo funkcijas, skirtas atpažinti nuoseklųjį ir lygiagretųjį ryšius moduliniuose sprendimuose. Ši nauja reikalava iš esmės padidina mikrovaldiklių apdorojimo darbo apimtį maždaug 30 procentų, pagal naujausius bandymų duomenis. Kaip į tai reaguoja įmonės? Daugelis ima kryptį į skysčio aušinimo sprendimus įkrovimo sąsajoms ir diegia dvikryptes ryšių sistemas, kurios nuolat komunikuoja su baterijų valdymo sistema, arba BMS, kaip ji dažnai vadinama specialioje literatūroje.

Greito įkrovimo ir pažengusios baterijų krovimo įtampos realaus pasaulio privalumai

Praktinė našumas: greitas įkrovimas ir padidinta veikimo riba šiuolaikiniuose elektriniuose dviračiuose

Šiuolaikinės dviračių baterijos dabar suteikia apie 80–120 km nuoseklumo vos vieną kartą visiškai įkrovus. Jos gali pakilti nuo 20 % iki 80 % baterijos įtampos per 2–4 valandas, o tai yra maždaug 60 % daugiau nei buvo galima pasiekti 2020 metais. Miestų pristatymo įmonės pastebėjo, kad jų transporto priemonės kasdien naudojamos apie 35 % daugiau, nes vairuotojai mažiau laiko leidžia laukdami, kol baterijos įsikraus. Tai įvyksta dėl greito įkrovimo stotelių, prieinamų vairuotojams per jų reguliarius pertraukas tarp pristatymų. Naujausios litio jonų technologijos kartu su geresnėmis šilumos valdymo sistemomis gerai veikia net esant labai karštam ar šaltam orui. Tai ypač svarbu žmonėms, važinėjantiems kalnų elektriniais dviračiais ar vežančius sunkias krovas visokioje oro sąlygose per visus metų laikus.

Vartotojo patirties gerinimas sumažinus įkrovimo prastovas

Žmonės vis dažniau vengia laukti visą naktį kraunant jų elektrinius dviračius ir vietoj to renkasi greitą įkrovimą per mažiau nei 30 minučių. Dabar žmonės gali įsijungti įkrauti per pietų pertrauką arba kol jie sportuoja treniruočių salėje. Tai pastebėjo ir nuomos įmonės, kurios įrengia greito įkrovimo stotis, kad galėtų nuolat keisti dviračius tarp klientų vienas po kito be ilgų laukimų. Patogumo aspektas tapo labai populiarus – pagal 2023 metų judumo ataskaitas, elektrinių dviračių naudojimas darbo dienomis padidėjo 28 %. Sveikatos priežiūros specialistai ir studentai atrodo ypač linkę rinktis šią galimybę, kadangi kiekviena minutė jiems yra svarbi dėl jų intensyvaus grafiko.

Išmanūs įkrovimo metodai, skirti maksimaliai pratęsti dviračių baterijų naudojimo laiką ir efektyvumą

Trys pagrindinės strategijos, pratęsiančios baterijos gyvavimo laiką nekenkiant įkrovimo spartai:

• Adaptyvus srovės valdymas kuris koreguojamas pagal baterijos įtampos ir temperatūros reikšmes
• Įkrovimas etapais (80 % talpinis – subalansuotas įkrova – palaikomoji įkrova)
• Naudojimo modelių mokymosi algoritmai kurie visiškai įkrauna bateriją tik šiek tiek prieš išvykimą

Tokios priemonės padidina litio baterijų gyvavimo laiką iki 1200+ ciklų išlaikant 85 % talpos, žymiai sumažinant aukšto nuobatyje naudojamų sistemų, tokių kaip maisto pristatymas ir bendrosios mobilumo sistemos, pakeitimo išlaidas.

Daugiausiai užduodami klausimai apie greitą elektros dviračių įkrovimą

Koks yra dabartinis elektros dviračių nuvažiavimo atstumas po greito įkrovimo?

Šiuolaikinės elektros dviračių baterijos vieną kartą visiškai įkrovusios suteikia nuvažiavimo atstumą nuo 80 iki 120 kilometrų.

Kiek laiko užtrunka litio jonų baterijos greitas įkrovimas elektros dviračiams?

Šiuolaikinės litio jonų baterijos dabartinėmis technologijomis pasiekia apie 80 % įkrovos per mažiau nei 20 minučių.

Su kokiais iššūkiais susiduriama standartizuojant elektros dviračių įkrovimo sistemas?

Rinka yra suskaidyta įvairiomis jungčių rūšimis, todėl miestams reikia palaikyti įvairius adapterių tipus, kad būtų sukurta išsami infrastruktūra.

Kokie yra natrio jonų baterijų naudojimo privalumai lyginant su litio jonų baterijomis?

Natrio jonų baterijos siūlo kainos mažinimą, ekologinius privalumus ir saugos pagerinimus, nors jų energijos tankis yra šiek tiek mažesnis nei litio jonų baterijų.