Γιατί πέφτει η τάση της μπαταρίας στην επιτάχυνση: εσωτερική αντίσταση
Όταν επιταχύνουμε, η τάση της μπαταρίας μειώνεται και στη συνέχεια ανεβαίνει μόλις την αφήσουμε. Αυτό το φαινόμενο, που ονομαζόταν πτώση τάσης, προέρχεται από την εσωτερική αντίσταση των κυψελών και των συνδέσεων: όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η πτώση τάσης κατά τη διάρκεια της προσπάθειας και τόσο περισσότερο θερμαίνεται η μπαταρία. Είναι φυσιολογικό σε έναν ορισμένο βαθμό. Γίνεται πρόβλημα όταν η πτώση προκαλεί απώλεια ισχύος, απορύθμιση του μετρητή ή διακοπή λειτουργίας της μπαταρίας. Δείτε από πού προέρχεται, τι το επιδεινώνει και πώς να το περιορίσετε.
Τα βασικά
- Πτώση τάσης = ρεύμα × εσωτερική αντίσταση: ο διπλασιασμός του ρεύματος διπλασιάζει την πτώση.
- Η παραγόμενη θερμότητα αυξάνεται με το τετράγωνο του ρεύματος: ο διπλασιασμός του ρεύματος την τετραπλασιάζει.
- Η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται με το κρύο, τη χαμηλή φόρτιση της μπαταρίας και τη γήρανση.
- Μια υπερβολική πτώση προκαλεί απώλεια ισχύος και στη συνέχεια ενεργοποιεί τις διακοπές του BMS ή του ελεγκτή.
- Περισσότερες παράλληλες κυψέλες, κυψέλες ισχύος και καλές συνδέσεις μειώνουν την πτώση.
Ο μηχανισμός: η εσωτερική αντίσταση
Μια μπαταρία δεν είναι μια τέλεια πηγή τάσης. Οι κυψέλες, οι λωρίδες νικελίου, οι κολλήσεις, τα καλώδια και οι σύνδεσμοι προβάλλουν όλοι μια μικρή αντίσταση στη διέλευση του ρεύματος. Αυτή η αντίσταση «τρώει» μέρος της τάσης μόλις κυκλοφορήσει το ρεύμα, σύμφωνα με τον νόμο του Ohm:
τάση υπό φορτίο = τάση ανοικτού κυκλώματος − ρεύμα × εσωτερική αντίσταση
Ένα παράδειγμα υπολογισμού, με μια τιμή επιλεγμένη για λόγους απεικόνισης: εάν η συνολική αντίσταση μιας μπαταρίας ήταν 0,1 ohm, ένα ρεύμα 100 A θα έκανε την τάση της να πέσει κατά 10 V κατά τη διάρκεια της επιτάχυνσης. Και αυτή η αντίσταση θα διέχεε 100 × 100 × 0,1 = 1.000 W σε θερμότητα, στο εσωτερικό της μπαταρίας, καθ' όλη τη διάρκεια αυτού του χρόνου.
Σε μια μπαταρία, η αντίσταση μιας κυψέλης πολλαπλασιάζεται επί τον αριθμό των κυψελών σε σειρά και διαιρείται με τον αριθμό παράλληλα. Γι' αυτό μια μπαταρία με πολλές κυψέλες παράλληλα διατηρεί την τάση της πολύ καλύτερα.
Τι αυξάνει την πτώση τάσης
| Παράγοντας | Γιατί |
|---|---|
| Υψηλό ρεύμα | Η πτώση είναι ανάλογη του ρεύματος: αναβαθμισμένος ελεγκτής, διπλό μοτέρ, εκκίνηση σε ανήφορο |
| Κρύο | Η χημεία των κυψελών επιβραδύνεται, η εσωτερική τους αντίσταση αυξάνεται αισθητά |
| Χαμηλή μπαταρία | Η τάση ανοικτού κυκλώματος είναι χαμηλότερη και η αντίσταση αυξάνεται στο τέλος της εκφόρτισης |
| Γήρανση | Η εσωτερική αντίσταση των κυψελών αυξάνεται με τους κύκλους και τα χρόνια |
| Κυψέλες «ενέργειας» | Σχεδιασμένες για χωρητικότητα, έχουν υψηλότερη αντίσταση από τις κυψέλες ισχύος |
| Φθαρμένες συνδέσεις | Οξειδωμένος ή χαλαρός σύνδεσμος, ραγισμένη κόλληση: μια επιπλέον αντίσταση, η οποία θερμαίνεται τοπικά |
Οι επιπτώσεις στο πατίνι
Μια ισχύς που λιώνει
Η διαθέσιμη ισχύς είναι το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος. Εάν η τάση καταρρεύσει κατά την επιτάχυνση, ο ελεγκτής δεν μπορεί πλέον να αποδώσει την καθορισμένη ισχύ, ειδικά σε ανήφορο και στο τέλος της μπαταρίας. Το πατίνι φαίνεται «μαλακό».
Ένας μετρητής που τρελαίνεται
Πολλοί δείκτες εκτιμούν την εναπομείνασα φόρτιση βάσει της τάσης. Σε κάθε επιτάχυνση, ο δείκτης βουτάει και μετά ανεβαίνει όταν αφήνεται το γκάζι. Δεν αδειάζει η μπαταρία ξαφνικά: απλώς η τάση υποχωρεί υπό την πίεση.
Διακοπές λειτουργίας
Όταν η τάση μιας ομάδας κυψελών πέσει κάτω από το χαμηλό όριο του BMS, αυτό διακόπτει τη λειτουργία της μπαταρίας για προστασία: τα πάντα σβήνουν. Ο ελεγκτής μπορεί επίσης να μειώσει την ισχύ ή να διακόψει εάν διαπιστώσει πολύ χαμηλή τάση. Αυτό είναι το σενάριο που περιγράφεται λεπτομερώς στον οδηγό μας μπαταρία και BMS που κόβουν κατά την επιτάχυνση. Σε κάθε περίπτωση, η πιο αδύναμη ομάδα κυψελών αποφασίζει: μια και μόνο φθαρμένη ομάδα αρκεί για να κόψει ολόκληρη την μπαταρία.
Θερμότητα
Η παραγόμενη θερμότητα αυξάνεται με το τετράγωνο του ρεύματος. Μια μπαταρία που υποχωρεί πολύ θερμαίνεται πολύ και η θερμότητα γηράσκει τις κυψέλες, γεγονός που αυξάνει ακόμη περισσότερο την αντίστασή τους. Είναι ένας φαύλος κύκλος.
Πώς να μειώσετε την πτώση τάσης
- Aντιστοίχιση του ελεγκτή με την μπαταρία: περιορισμός του ρεύματος της μπαταρίας σε αυτό που αντέχουν άνετα οι κυψέλες.
- Οδήγηση με θερμοκρασιακά προσαρμοσμένη μπαταρία: το χειμώνα, μια μπαταρία που αποθηκεύεται σε ζεστό μέρος διατηρεί την τάση της πολύ καλύτερα.
- Έλεγχος των συνδέσεων: ένας μαυρισμένος ή χαλαρός σύνδεσμος προσθέτει πτώση και σημείο θερμότητας.
- Προσθήκη παράλληλης μπαταρίας: μια εξωτερική μπαταρία μοιράζεται το ρεύμα με την εσωτερική. Η εξωτερική μπαταρία Performance (S) 72 V 15 Ah, με κυψέλες υψηλής εκφόρτισης, είναι φτιαγμένη για αυτόν τον σκοπό.
- Μετάβαση σε μπαταρία ισχύος: κυψέλες υψηλής εκφόρτισης, περισσότερες παράλληλες κυψέλες, γενναιόδωρες συνδέσεις. Η μπαταρία Performance 80 V 40,5 Ah για Nami Burn-E, με κυψέλες Molicel P45B, αποδίδει έως 450 A σε αιχμή έναντι 98 A για την αρχική μπαταρία. Η διαφορά εξηγείται στην ενότητα μπαταρία Performance ή Αυτονομία.
Μέτρηση της υποχώρησης
Ένα συνδεδεμένο BMS ή ένας προγραμματιζόμενος ελεγκτής επιτρέπει την καταγραφή της τάσης και του ρεύματος κατά τη διάρκεια μιας επιτάχυνσης. Η σύγκριση της τάσης ανοικτού κυκλώματος και της τάσης στο μέγιστο της προσπάθειας δίνει μια ιδέα για την αντίσταση της μπαταρίας: διαιρέστε την πτώση τάσης με το ρεύμα. Επαναλάβετε τη μέτρηση υπό τις ίδιες συνθήκες (φορτίο, θερμοκρασία) από εποχή σε εποχή: εάν η πτώση αυξηθεί αισθητά στο ίδιο ρεύμα, η μπαταρία γηράσκει ή μια σύνδεση υποβαθμίζεται. Η ανάγνωση των στοιχείων μιας κυψέλης περιγράφεται λεπτομερώς στην ενότητα ανάγνωση του τεχνικού δελτίου μιας κυψέλης λιθίου.
Η συμβουλή του συνεργείου
Μια μπαταρία που υποχωρεί περισσότερο από πριν στην ίδια χρήση σχεδόν πάντα σηματοδοτεί μια φθαρμένη ομάδα κυψελών ή μια σύνδεση που θερμαίνεται. Πριν αλλάξετε μπαταρία, ελέγξτε την τάση κάθε ομάδας και την κατάσταση των συνδέσεων. Και αν θέλετε πραγματικά περισσότερη ισχύ, ρίξτε μια ματιά στις μπαταρίες ηλεκτρικών πατινιών Performance πριν αγγίξετε τον ελεγκτή.
Συχνές ερωτήσεις
Είναι φυσιολογικό να πέφτει η τάση σε κάθε επιτάχυνση;
Ναι, όλες οι μπαταρίες υποχωρούν υπό την προσπάθεια. Το μέγεθος της πτώσης έχει σημασία: εάν προκαλεί διακοπή λειτουργίας της μπαταρίας ή αισθητή απώλεια ισχύος, η μπαταρία είναι υποστασιολογημένη, κρύα, χαμηλή ή φθαρμένη.
Γιατί ο μετρητής μου ανεβαίνει ξανά όταν αφήνω το γκάζι;
Επειδή ο μετρητής διαβάζει την τάση και η τάση ανεβαίνει μόλις μειωθεί το ρεύμα. Η πραγματική εναπομείνασα φόρτιση διαβάζεται σε κατάσταση ηρεμίας, μετά από λίγες στιγμές χωρίς επιτάχυνση.
Γιατί η πτώση είναι μεγαλύτερη στο τέλος της μπαταρίας;
Στο τέλος της εκφόρτισης, η τάση ανοικτού κυκλώματος είναι χαμηλότερη και η εσωτερική αντίσταση των κυψελών αυξάνεται. Επομένως, η ίδια επιτάχυνση κάνει την τάση να πέσει χαμηλότερα, συχνά μέχρι το όριο αποκοπής.
Λύνει το πρόβλημα ένας πιο ισχυρός ελεγκτής;
Όχι, το επιδεινώνει: απαιτεί περισσότερο ρεύμα, οπότε η πτώση τάσης και η θέρμανση αυξάνονται. Η λύση βρίσκεται στην πλευρά της μπαταρίας.