Menu
RED POHJA 2000X300 1.4

Akkutyypin valinta

Alla Youtube-video, jossa avattu kiinalaisia 18650-tyypin kennoja ja paljastettu niiden sisältöä.​

 

 

  Oikeanlaisen   akun valinta.

Kerromme tässä suhteellisen kattavasti eri akkukennotyyppien eroista niin 250-wattisen avustavan sähköpyörän käyttäjän, kuin myös sähköpyöriä yms. sähkökulkineita itse rakentelevan alan harrastelijan kannalta.  Ja kaikkien siltä väliltä.

“Sähköajoneuvossa akku on monesti se arvokkain osa, joten suosittelemme tutustumaan aiheeseen ennen sen valintaa.”


Teemme niin vakiot sähköpyörien runkoakut, kuin myös ns. custom-akut asiakkaan tarpeiden pohjalta.

Ja tietysti mahdollisimman asiakasystävällisellä hinnoittelulla.

Näitä käyttökohteita ovat esim.

  • Sähköpyörät
  • Sähköpotkulaudat
  • Sähköskootterit
  • Sähkömoottoripyörät
  • Sähkömoottorilla varustetut veneet
  • Sähkötoimiset invamopot/pyörätuolit
  • Erilaiset radio-ohjattavat lennokit ja helikopterit
  • Sähkömikroautot
  • Järeämmät akkukäyttöiset valaisimet

Akkukemiat ja kennotyypit

Akkujen kennotyyppeinä käytetään nykyisin muutamaan erilaiseen litium-akkukemiaan perustuvia kennoja, joista muutama päätyyppi tässä. Akkukemiatkin kehittyvät tietysti hitaasti mutta varmasti, eli kaikkea uutta kehitellään koko ajan, mutta keskitymme nyt näihin jo koeteltuihin ja yleisempiin.

Yleisimmät ovat:

  • Litium-rautafosfaatti-kennot (LiFePO4)
  • LitiumPolymeeri-kennot (LiPo)
  • Lithium-ion-kennot erilaisine versioineen (Li-ion)

LifePO4-kennot

Ensin mainitut LifePO4-kennot ovat kemialtaan turvallisimpia, mutta jäämässä historiaan pikkuhiljaa muiden Li-ion-akkukemioiden kehittyessä. Ne omaavat muita akkukemioita heikomman energiatiheyden. Toisin sanoen ne ovat esim. kapasiteettiinsa nähden isoja ja painavia.

Positiivisena puolena LiFeP04-akuissa on niiden muita akkukemioita parempi paloturvallisuus.

Headway-tyyppisiä LiFeP04-kennoja.

LiFePo4-akkujen aiemmin maltillisempi hintakin on jo jäänyt Li-ion kennojen jalkoihin. Ne tosin puolustavat vielä jonkin aikaa paikkaansa esim. raskaampien sähköajoneuvojen akkuina.

LiFePO4-kennoja on valmistettu moneen erilaiseen formaattiin, kuten ns. pussikennoina, muovikoteloituina ison kapasiteetin kennoina, esim. 40Ah-kokoisina, lähinnä raskaampien ajoneuvojen akustoihin, sekä monen kokoisina sylinterin muotoisina. 

LiFePO4-kennoja on myös näkynyt harrastelijoiden pyörissä hienon sinisinä, suurempikokoisina pötköinä, ns. Headway-kennoina, esim. kokoina 38140 ja 40152, joista kennojen päihin ruuvattavilla yhdyskiskoilla ovat harrastelijat pystyneet kasaamaan omia akkupaketteja suhteellisen helposti, mutta ko. kennojen ominaisuudet ovatkin sittemmin osoittautuneet surkeiksi. Lisäksi LiFePO4-kennojen käyttöjännite eroaa Li-ion-akkujen vastaavista, jolloin ne vaativat omanlaisensa LiFePO4-akkujen lataamiseen soveltuvan laturin.

LiPo-kennot

Seuraavana LiPo- kennot.  LiPo-kennoja on jo pitkään käytetty radio-ohjattavien autojen, veneiden, lennokkien, helikoptereiden yms. akkuina ja LiPojen suosiota selittää niiden energiatiheyteensä sekä ulostulovirtaan nähden edullinen hinta. Niitä on tästä syystä myös käytetty edullisuutensa takia itsetehdyissä sähköpyörissä, mutta koska kyseessä on kaikkein vaarallisin kennotyyppi, suurin osa itsetehtyjen sähköpyörien tuleen syttymisestä on aiheutunut juurikin LiPo-kennoista, niiden arvaamattoman akkukemian ja heikon balansoinnin takia. Tästä syystä suurin osa harrastelijoistakin on jo siirtynyt Li-Ion-tekniikkaan.

Li-ion-kennot

Listan viimeinen, eli syystäkin sähköajoneuvojen suosituin akkutyyppi on siis Li-ion kenno. Tätä kennotyyppiä käytetään sähköpyörien lisäksi monissa sähköautoissa, esim. Tesla on aina käyttänyt tätä, lisäksi lähes kaikissa kannettavissa tietokoneissa, akkutyökaluissa yms. käytetään tätä kennotyyppiä.

Monet näistä kennotyypeistä ovat höystettynä vielä mangaanilla (Mn) joka rauhoittaa kemiaa entisestään. Yleisin kennokoko Li-ion kennoissa on ylivoimaisesti ns. 18650-tyypin kenno, jossa tyyppinumero kielii sen fyysisistä mitoista ja se on siis halkaisijaltaan n. 18mm ja pituudeltaan n. 65mm. Myös muita kokoja löytyy eri tarkoituksiin, niin pienempiä kuin isompiakin, mutta hinnoittelu sekä valikoima niissä suhteessa energiatiheyteen yms. ominaisuuksiin on huonompi, kuin suosituimmaksi muodostuneella 18650-tyypillä.

Lähivuosina asiaan tulee varmaan muutos, kun 20700- ja Teslan tulevissa malleissa olevat 2170-tyypin kennot tulevat hintojen laskun myötä ainakin jossain määrin korvaamaan nykyisen 18650-mallin, mutta ihan vielä niiden aika ei ole.

Nyt keskitymme siis vain ja ainoastaan 18650-kokoisiin Li-ion kennoihin ja seuraavaksi kerromme mitä eroa eri tyyppisillä 18650 Li-ion akkukennoilla on.

Mutta ensin pari varoituksen sanaa kiinalaisista halpakennoista.

“Ultrafire” -kenno avattuna, sisältä löytyykin pienen pieni kennotyyppi.

Jos verrataan kiinalaisten halpakennojen ja ns. merkkikennojen välisiä eroja, joudumme vain toteamaan, että jos emme uskalla tilata Kiinasta netin välityksellä vaikkapa mitään syötäväksi tarkoitettuja pillereitä, niin täysin sama pätee  koskien akkukennoja ja tietysti kokonaisia  akkuja.

Niin arvaamatonta on niidenkin sisältö ja sen verran surkeaa akkutekniikkaa ne monesti sisältävät. Kiinalaisen halpakennon tunnistat parhaiten tuntemattomista merkeistä, kuten vaikkapa “Ultrafire”  hienoista ja värikkäistä muovikalvotuksista ja suurista kapasiteettilupauksista kennon kyljessä, kuten “6800mAh”

Mikään merkkikennojen valmistajistakaan ei pysty ylittämään 3500mAh:n kapasiteettia (3,5Ah), joten mikään halpa kiinalainen kennokaan ei sitä pystyy tekemään. Punnittuamme normaaleja 18650-merkkikennoja ne painavat n. 45-48 grammaa, kiinalainen saattaa painaa jopa 10 grammaa vähemmän! Eli jossain on säästelty ja pahasti.

Ohessa videoklippi Youtubessa julkaistusta testistä, jossa kiinalaisia kennoja on avattu havainnollistamaan niiden sisältöä:

Youtube: Fake 18650 China batteries Slideshow

Markkinoilla on myös paljon piraattituotteita akkukennoissa. Näiden kennojen tunnistaminen ilman mittaamista onkin sitten paljon hankalampi juttu.  18650-kennojen ollessa hallitsevassa markkina-asemassa ja näin ollen erittäin suosittu, niiden kopioiminen maailmalla on myös suuri bisnes ja vakavasti otettava riski, varsinkin hankittaessa akkupaketteja tai pelkkiä kennojakin ulkomailta myyjiltä, joiden luotettavuudesta ei ole mitään takeita.

Kaikki ko. myyjätkään eivät aina välttämättä tiedä myyvänsä piraattikennoja. Riskinä onkin siis saada todellisuudessa superhalpoja/pienen kapasiteetin omaavia ja mahdollisen tulipaloriskin omaavia kennoja, jotka on piraattitehtaalla nätisti puettu täsmälleen aidoilta näyttäviin muovikalvokuoriin. Näitä piraattikennoja löydät myös ihan Ebayn kaltaisista myyntipaikoista, joskus jopa ylihintaan orginaaleihin verrattuna.

Käyttämiämme kennomerkkejä ovat Sony, Samsung, LG, Panasonic ja Sanyo.

Akkukennojen tärkeimmät ominaisuudet ja akuston teknisten arvojen tulkinta.

Akkukennoissa ilmoitetaan teknisissä tiedoissa useita asioita, joista muutamat ovat yhteneväisiä Li-ion 18650-kennoissa.

Näitä ovat:

  • Nominal-jännite n. 3,6-3,7 volttia.
  • Kennojen suurin sallittu jännite, n. 4,2 volttia
  • Kennojen pienin sallittu jännite, yleensä n. 2,5 volttia

Tästä huomataan, että kennojen toiminta-alue on siis periaatteessa 2,5-4,2 volttia.

Akkukennojen väliset tekniset erot.

Akkukennot voidaan luokitella ensinnäkin kapasiteettinsa perusteella, merkkikennoilla normaalisti välillä 1,3Ah-3,5Ah.

Ne luokitellaan myös virranantokykynsä perusteella, joka on merkkikennoilla normaalisti välillä n. 4A-35A)

Eli kapasiteetissa saattaa erityyppisten kennojen välillä olla jopa 2,7-kertainen ero ja virranantokyvyssä melkein 9-kertainen ero.

Tästä syystä akun sisältämä kennotyyppi on syytä tietää.

Akuston kapasiteettia laskettaessa tavaksi on muodostunut ilmoittaa se joko ampeeritunteina (Ah) tai oikeaoppisemmin wattitunteina (Wh) joka ottaa huomioon myös akuston jännitteen, jolla on aivan yhtä suuri rooli kokonaiskapasiteettia laskettaessa, kuin pelkillä ampeeritunneillakin.

Näin ollen esim. 36 voltin/20Ah:n akku on kapasiteetiltaan täsmälleen samankokoinen kuin 72 voltin/10Ah:n akkukin. Akkukennojen määräkin on sama käytettäessä samanlaisia kennoja molemmissa esimerkeissä, kennojen kytkentä on vain suoritettu eri tavalla.

“Huomioi sähköpyörän teknisiä tietoja vertaillessa, että pyörän moottorin teho ilmoitetaan watteina (W) kun taas akuston kokonaiskapasiteetti ilmoitetaan wattitunteina (Wh)  Nämä lyhenteet aiheuttavat joskus sekaannusta kuluttajissa ja välillä sähköpyörien markkinoinnissakin.”

Akuston kokonaiskapasiteetti ilmoitetaan siis wattitunteina (Wh) ja se muodostuu seuraavasti:

  • Kennokohtaisesta nominal-jännitteestä 3,6 volttia.
  • Kennokohtaisesta kapasiteetista, esim. 3,5Ah/kenno.
  • Kennojen määrästä sarjassa, esim. 13s4p paketissa niitä on 13 kpl (13 series)
  • Rinnankytkettyjen kennojen määrästä, esim. 13s4p-paketissa on siis 4 kpl rinnan (4 parallel)

Näin ollen laskukaava on seuraava: 3,6V x 3,5Ah x 13kpl x 4kpl = 655Wh.  Kyseessä on toisinsanoen 48-voltin akku, jossa kapasiteettia on 14Ah.    Tarkemmin laskiessa huomataan, että oikea nominal-jännite akussa on 46,8 volttia, mutta tällä ei montaa prosenttia eroa ole.

Yleensä ottaen edullisemmissa merkkikennoissa  kapasiteetti ja virranantokyky kulkevat nurinpäin käsi kädessä, eli yleisesti esim. suurimman kapasiteetin omaavat kennot omaavat huonoimman virranantokyvyn ja toisinpäin, mutta tässä kohdassa tietysti rahalla saa, eli molempia ominaisuuksia mahdollisimman paljon haluttaessa katseet kohdistuvat esim. Samsungin 30Q-malliin, tai jos se ei riitä, niin budjetin niin salliessa Sonyn VTC-5A malli on oivallinen kenno suurta tehoa vaativiin ajoneuvoihin, kapasiteetin ollessa silti kohtuullinen.

Toisaalta pienitehoisempiin tarkoituksiin kyseinen Sonyn kenno taas on aivan liian kallis ja kapasiteetiltaankin pienempi kuin markkinoiden suurimmat.

Eli käyttötarkoitus ratkaisee akuston kennon valinnan.  Jokaiselta merkkikennojen valmistajalta löytyy useita erilaisia malleja ja myös suurikapasiteettisia malleja, mutta Samsungilla on suurin valikoima 20A:n purkuvirtaan asti. Järkihintaan suurimmat purkuvirrat tarjoaakin sitten Sony, jolta löytyy kennoja jopa 35A:n purkuvirtaan asti.

Eri akustomuotoja sähköpyörissä.

Pulloakku.

Suosituimmat muodot erityyppisten sähköpyörien, kaupallisten pyörien akkuina ovat esim. pulloakku, joka on jo jäänyt taka-alalle, tarakka-akku, runkoakku sekä rungon sisään rakennettu akku.

Kankaasta valmistettu runkolaukku.

Itse kootuissa käytetään sitten myös esim. ns. reppuakkua, erilaisia tarakalle kiinitettäviä kangaslaukkuja ja varsinkin runkokolmion sisään sijoitettavia kangaslaukkuja, jotka ovat kasvattaneet suosioitaan. Ne eivät vie tarakalta tilaa, eivätkä siirrä painopistettä tarpeettoman ylös ja taakse ja lisäksi sulautuvat pyörän muotoihin paremmin. Lisäksi sellaiseen saa halutessaan pienehkön kontrollerinkin mahtumaan mukaan.

Tällä hetkellä suosituin akkumalli on runkoakku, joita saat meiltä eri versioina.

Suosituin näistä on runkoakku, eli ns. Dolphin- ja Shark-mallit, joita löytyy eri kokoisina, suurin koko ei välttämättä mahdu kaikkiin pyöriin.

Etuna runkoakulla on sijainnistaankin johtuva luonteva ulkonäkö ja painopiste. Yleensä runkoakkujen jännite on joko 36V, 48V tai 50,4V ja akkukotelossa sijaitseva ledeillä toteutettu akkumittari toimii vain joko 36 tai 48/50,4 voltilla. Joissakin runkoakkumalleissamme on lisäksi USB-liitin esim. puhelimen tai tabletin lataamista varten.

Myös Frog-mallista akkua saat meiltä.

Myös Frog-mallia löytyy, se on kätevä, kun halutaan suurehko akusto. Kotelo tosin nostaa sijaintinsa vuoksi painopistettä.

Kaikki yleisimmät koteloidut akkumallit ovat avaimella lukittavissa pyörään kiinni ja näin ollen helposti avattavissa haluttaessa ottaa akku kotiin tai työpaikalle ladattavaksi tai turvaan.

Myöskin ns. backpack-akustot, eli selkäreppuun laitettavat akustot teemme tilauksesta haluamillasi kennoilla ja kennomäärillä. Teemme siitä esim. levymäisen ja ympäriltään pehmustetun, jolloin se on mahdollisimman miellyttävä selkää vasten ja samalla lämpöeristetty talviajoa ajatellen.

Ja varmasti paljon turvallisempi ja miellyttävämpi, kuin jos normaalin tiiliskiven muotoisen ja painoisen akun laittaisi repun pohjalle.

Näin ollen akun voi jättää itse pyörästä jopa kokonaan pois, tai ainakin saada reilusti lisää toimintasädettä sille. Ja jos tiedossa on lyhyempi ajolenkki, niin sitähän ei tarvitse ottaa ollenkaan mukaan turhaan.

Reppuakku voidaan myös varsinkin pyörän ainoana akkuna toimiessaan tehdä kahteen eri osaan, jolloin sen tuomaa painoa voidaan jakaa ajolenkin pituuden mukaan. 

Kaikki edellämainitut akustojen koteloinnit onnistuvat kauttamme, lisäksi teemme myös eksoottisemmat koteloinnit eri materiaaleista, kuten alumiini, teräs, vaneri, lasikuitu..

Akkukennojen/akuston valinta 250-1000-wattiseen ajoneuvoon.

Akkukennojen/akuston kapasiteetti.

Valittaessa akkua normaaliin, teholtaan 250-1000 wattiseen sähköpyörään, tulisi huomiota kiinnittää akuston kennotyypin tarjoamaan mahdollisimman suureen kapasiteettiin, jotta käytettävissä oleva tila ja paino tuottaisivat mahdollisimman suuren kantomatkan pyörälle. Varsinkaan 250-500 wattisten pyörien akkukennoihin ei kannata juuri muuta huomiota kiinnittää, kunhan ne ovat mahdollisimman suurikapasiteettiset ja luotettavilta valmistajilta.

Valmiiden muovikoteloitujen runkoakkujen kokonaiskapasiteetti on yleensä välillä n. 300-750 wattituntia (Wh)

Monet akkuvalmistajat (luotettavatkin) valitsevat nimittäin akkuihinsa kennoja, joiden kapasiteetti on esim. 2,6Ah tai 2,9Ah/kenno. Syynä on tietenkin ko. kennojen hieman halvempi hinta. Itse suosimme akuissamme kuitenkin n. 3,5Ah:n kennoja. Hintaero ei loppupeleissä ole kuitenkaan niin merkityksellinen, jos valittujen kennotyyppien eroa tarkastellaan kuluttajan näkökulmasta. Valmiin akun kustannuksiin vaikuttaa kuitenkin myös monta muuta asiaa, kuten työvoimakustannukset, kuljetukset, varastointi, BMS, sekä akuston muut osat, yms.

Verrataanpa keskenään esim. 2,6Ah ja 3,5Ah:n kennoja.

Jos peruskokoisilla 2,6Ah:n kennoilla toteutetulla akustolla pääsee yhdellä latauksella n.50km, niin 3,5Ah:n kennoilla pääseekin vielä 17 kilometriä lisää, eli n.67 km ja kuitenkin fyysisiltä mitoiltaan täsmälleen samankokoisella ja samanpainoisella akulla. Varmasti aika moni valitsee pienellä, esim. 15%:n lisähinnalla tuon + 35% lisää toimintaetäisyyttä.

Ero on kuitenkin melkoinen pyörän toimintamatkassa ja tästä syystä itse suosimmekin siis 250-1000 wattisten pyörien akkukennoina n. 3,5Ah:n kapasiteetin tarjoavia laadukkaita kennoja. Kyseiset kennot tarjoavat kuitenkin 8-10A, jopa 15A jatkuvaa purkuvirtaa, joten se ei pääse muodostumaan pullonkaulaksi edes 48 volttia käyttävissä alle 1000-wattisissa pyörissä mikäli akusto tehdään edes minimissään 3:lla rinnankytketyllä kennolla. (13s3p)

Akuston elinikään sillä on tietysti vaikutusta, jos akku mitoitetaan liian alakanttiin.

Toisaalta akusto voidaan tilan niin salliessa rakentaa mahdollisimman monesta rinnankytketystä kennosta, jolloin myös akustosta saatava purkuvirta nousee suoraan suhteessa rinnankytkettyjen kennojen määrään. Esim. normaalin 13s4p-akuston sijaan 13s8p-akusta saadaan samoilla kennoilla kaksinkertainen purkuvirta. Hinta ei silti ole välttämättä ihan kaksinkertainen.

Normaali muovikoteloinen sähköpyörän akku sisältää n. 40-60 kpl 18650-kennoa. Esim. 48 voltin käyttöjännitteellä ns. 13s4p-akusto muodostuu kun akkukotelossa on 13 kennoa sarjassa ja 4 kennoa rinnankytkettynä, eli yhteensä 52 kennoa.

Mutta joskus säästö se on pienikin säästö, eli rakennamme akuston periaatteessa minkälaisesta kennosta vain asiakas haluaa. Mahdollista on toki kasata vaikkapa mahdollisimman kevyeksi rakennettavaan sähköpyörään, jolla vieläpä mahdollisesti ajetaan pieniä matkoja kerrallaan latausten välissä, esim. muovinen akkukotelo “vajaaksi” eli tehdä se mahdollisimman suurikapasiteettisista kennoista, mutta tehdäkin 13s4p sijaan 13s3p, jolloin akusta saadaan hieman kevyempi, kokonaiskapasiteetin ollessa silti järkevämmän kennovalinnan ansiosta mahdollisesti sama, kuin monien akkumyyjien “täydessä” kotelossa, hinnoittelun pysyessä samalla järkevällä tasolla.

Toki isomman kapasiteetin tarjoaman akuston lataaminen vie hieman lisää aikaa, mutta tämänkin voi optimoida hankkimalla sen pariksi tarpeeksi suuren laturin. Jos normaali laturi on esim. 2 ampeerinen, niin vaihtamalla sen tilalle 5 ampeerin mallin, latausaika on jo alle puolet. Toinen hyväksi havaittu tapa on esim. työmatkalaisella hankkia työpaikalle toinen laturi, mikäli siellä lataaminen on mahdollista.

250-1000-wattisen pyörän akun muut ominaisuudet.

Purkuvirta/latausvirta.

Useimmat 250-1000 wattisten sähköpyörien akut tarjoavat maksimissaan 20-30 ampeeria jatkuvaa purkuvirtaa, joka riittää esim. 250-500 wattisiin pyöriin hyvin. Mutta esim. 36:n voltin käyttöjännitteellä toimiva 1000 wattinen pyörä ottaa jatkuvaa virtaa n. 28 ampeeria. Lisäksi 1000-wattinen moottori saattaa ylämäessä tai kiihdytyksessä ottaa hetkellisesti suurempiakin tehoja, esim. 1500 wattia, eli yli 40A. Tämä kannattaa ottaa huomioon varsinkin  valittaessa akkua 1000-wattiseen pyörään, koska markkinoilla on akkuja, joiden jatkuva purkuvirta onkin esim. vain 20A. Rajoitteena akustossa on yleensä joko BMS tai akkukennot, joskus jopa molemmat. Akkukennojen jatkuva äärirajalla käyttäminen sitä paitsi lyhentää kennojen elinikää sekä nostaa näiden lämpötilaa, jatkuvasti/reilummin kuormitettaessa jopa vaarallisen paljon.

“Siksi on tärkeää ennen ostoa selvittää akun oikea tyyppi, jotta se soveltuu tarkoitukseesi. Kysy meiltä rohkeasti, me palvelemme!”

Kaikkien akkujemme kennot on valittu niin, että ne selviävät helposti vähintäänkin 1000-wattisten sähköpyörien kanssa, tämä on hyvä muistaa myös, vaikka omaisit 250-wattisen pyörän, koska sen päivittämisen yhteydessä esim. 1000-wattiseksi sama akku kelpaa edelleen. Tarvittaessa valitsemme BMS:n tarkoituksen mukaan, jos esim. 1000-wattista pyörää on tulevaisuudessa tarkoituksena piristää. Huomaa kuitenkin, että vaikka akku vaihdettaisiin enemmän virtaa antavaan malliin, se ei yksistään anna lisää tehoa, ellei nykyisessä akussa ole sen suhteen jotain ongelmaa, kuten esim. jotain vikaa, akuston ikääntymisen  mukanaan tuomaa heikkenemistä tai vaikkapa vahingossa hankittu vääränlainen/heikkotehoinen akku.

Akkujännitteen valinta 250-1000w sähköpyörään.

Akun jännitteen valinta on helppoa, jos vain olet hankkimassa akkua vanhan tilalle tai vara-akuksi, eli valitset vain saman jännitteen, kuin nykyinenkin on. Esim. 36V -> 36V.

48-voltin kyseessä ollessa paketti totetutetaan normaalisti 13s-tyyppisesti, eli 13kpl kennoja sarjassa, josta saadaan siis 46,8V jännite, mutta yleensä kontrollerit sietävät pienen jännitteen noston ja tästä syystä markkinoilla on myös 14s-tyyppisesti tehtyjä akkuja, joiden nominal-jännite on 50,4V. Kannattaa tietysti ensin varmistaa kontrollerin sietämä max. jännite, joka täyteen ladatulla 14s-paketilla pitäisi olla vähintään 58,8 volttia. (14 x 4,2V = 58,8V)

Jos akkukotelointi sen vain sallii, niin tällä 14s-tyypillä saadaan hieman lisää kapasiteettia ja samalla rajoittamattoman kulkineen huippunopeus nousee hieman, ilman että akun hinta paljoakaan nousee.

Akkukennon valinta yli 1000-wattisiin ajoneuvoihin.

Tarkastellaanpa 18650 Li-ion kennotyypin valintaa sitten korkeampitehoisten ajoneuvojen kannalta. Silloin ei pelkkä kennojen kapasiteetin tarkastelu enää riitäkään.

Otetaanpa tässä vaiheessa avuksi ohmin laki asioita selventämään esimerkin avulla.

Nyt jos siirrytäänkin hieman korkeampitehoisiin sähköajokkeihin, esimerkkinä 5000-wattinen ajoneuvo, jota käytetään vaikkapa 48 voltin jännittellä, eli 5000 wattia/48 volttia, tällöin virtaa tarvitaankin jo n. 104 ampeeria! Eli nyt kennojen valintaan vaikuttaa paljon myös kennoista saatava purkuvirta.

Akkupaketin suunnittelu on syytä lähteä liikkeelle tarjolla olevan tilan mitoituksesta, eli tuleeko akusto esim. sähköpyörän kyseessä ollen vaikkapa  runkokolmion sisään tai johonkin muuhun sopivaksi katsottuun paikkaan.

Tarkastellaan akuston sijoittamista muutamalla eri tavalla.

Yli 1000-wattisiin pyöriin voidaan akusto toteuttaa myös perinteisenä myovikoteloisena runkoakkuna käyttämällä ns. tehokennoja, eli suuren purkuvirran antavia kennoja ja suuritehoista BMS:ää. Kapasiteetti tietysti jää hieman pienemmäksi, kuin esim. 3,5Ah:n kennoilla, mutta esim. Sonyn VTC6-kennoilla kapasiteetti saadaan varsin kohtuulliseksi, peruskennoja kalliimpiahan ne ovat tosin. Tällöin ei akuston tarvitse väkisin olla sullottuna mihinkään.

Mahdollista on tilan salliessa myös tehdä akusto kahteen eri muovikoteloiseen runkoakkuun, jolloin kapasiteetti tuplaantuu. Myös kahden kapasiteetiltaan tai fyysisiltä mitoiltaan eri kokoisen muovikoteloisen akuston tekeminen on mahdollista, tällöin toinen ns. kapasiteettiakku toimii siirtymäakkuna, sen saa tarvittaessa pois tieltä ja painoa lisäämästä ja toinen toimii tehoakkuna saavuttaessa esim. metsäpätkälle yms. jossa kaikki teho tarvitaan.

Kaiken kattava akkupalvelumme suunnittelee kanssasi juuri sopivan akuston ja jos akku aiotaan sijoittaa normaalin muovikotelon sijaan jollain muulla tavalla, ota huomioon ainakin nämä asiat:

  • Tukevuus, esim. 72V/18Ah akku joka on tehty 20s6p-tyyppisesti, painaa jo BMS:n kanssa n. 6,5 kiloa.
  • Painopiste, samoin tässä akuston painolla on merkitystä, jottei ajokista tule rasittavan yläpainoista, joka vaikuttaa niin ajettavuuteen, kuin käsiteltävyyteenkin. Eli pyri sijoittamaan akusto mahdollisimman alas ja pyörän pituussuunnassa keskelle. Paras paikka olisi rungon alaputken alapuolelle. Usein tämä on hankalaa, koska kotelon pitäisi mahtua niin, että eturengaskin mahtuu pyörimään, kääntymään ja joustohaarukan kyseessä olessa myös joustamaan. Kotelo jää väkisinkin ainakin hieman ylös.

5000-wattisen kulkineen tehontarvehan on kuitenkin jo aivan toista luokkaa kuin esim. 250-wattisen, jolloin pitää varautua myös paljon reilumpaan ja raskaampaan akustoon, jotta järkevä toimintamatka säilyy. Toisaalta kun tuon tehoinen kulkine on kuitenkin painoltaan yleensä luokassa 35-50 kiloa, niin siinä ei hieman suuremman akuston tuoma lisäpaino, esim. 3-5 kiloa tunnu kuskin painon kanssa juurikaan.

Samalla akkukennojen virranantokyky astuu voimakkaasti kuvioon mukaan, esim. n. 30-40 ampeeria ulos tarjoileva akusto ei tule selviämään yli sadan ampeerin jatkuvasta tai edes hetkellisestä virrantarpeesta.

Muutama sana markkinoilla olevista akkupaketeista.

Rakennettaessa tehokkaampaa sähkökulkinetta on syytä kiinnittää huomiota akustosta saatavaan purkuvirtaan, jottei hankkisi akustoa, joka ei täytäkkään tarpeita, nyt tai tulevaisuudessa.

Tarkoituksena on siis herätellä kuluttaja ja onkin aiheellista tuoda tämä ilmi, jottei sorruttaisi vääränlaisten tuotteiden hankintaan, varsinkaan kun järeämmän akkupaketin hankkiminen ei varsinaisesti ole edes kovinkaan halpa hankinta.

Tutkitaan seuraavaksi joitakin potentiaalisia vaihtoehtoja.

Markkinoilla on paljon eritasoisia, jopa järeämpiäkin akkupaketteja, joissa on kuitenkin jätetty huomiomatta asiakkaan korkeammat virrantarpeet, eli kannattaa miettiä onko järkeä ostaa esim. n. 1000 euroa maksava 72 voltin/melkein 30Ah:n akkupaketti, josta kuitenkin saa purkuvirtaa maksimissaan vain 30 ampeeria ulos? Tällainen akku ei siis kuitenkaan riitä kuin n. 2,2 kilowatin tehoille.

Akustoissa mukana tulevat BMS:t ovat yleensä valittu aivan alakanttiin, jos kennoja ko. paketissa on rinnan minimissään 8 kpl ja purkuvirtaa edes 8A/kpl, niin akustosta olisi saatavilla helposti 64A jatkuvaa virtaa, miksi pilata se alimitoitetulla BMS:llä, josta saa ulos vain alle puolet?

Sama koskee akkupaketin lataamista, jos paketin BMS:n suoma maksimi latausvirta on 2A, ei auta, vaikka kuinka järeän laturin sille hankkisi, kun se ei suostu ottamaan latausvirtaa sisään enempää kuin 2A!

Rinnakkain kahdeksan kennon akustossa on mahdollisuus ladata kennoja yleensä n. 1-2A:n virralla/kenno, eli minimissäänkin tuollaisessa voisi käyttää 8A:n laturia, jolla latausaika putoaisi n. neljäsosaan verrattuna 2A:n laturin käyttämiseen, joka on varsinkin juurikin suurikapasiteettisen akuston käyttämisessä varsin järkevää ja kätevää, muutoinhan esim. 28Ah:n akuston täyteen lataamiseen menisi n. 14-16 tuntia! 8A:n laturilla siitä selviäisi suht’ helposti neljässä tunnisssa. Kennojen ikää hidas lataus toki pidentää jonkin verran, mutta se olisi näin käyttäjän valittavissa kulloisenkin käyttötarpeen mukaan, että käyttääkö 2A:n vai 8A:n laturia.

Lisäksi monet n. 3,5Ah:n kapasiteetin kennovalmistajat sallivat jopa 1,6 ampeerin latausvirran kennoilleen, jolloin tuollaisessa akkupaketissa pystyisi käyttämään tarvittaessa jopa yli 12A:n laturia, jolla latausaika olisi enää n. 2,5-3 tuntia!

Myöskään käytettyjä kennotyyppejä ei aina ilmoiteta, joka on ensimmäisiä asioita akkua vertailtaessa. Korkeintaan kerrotaan kennojen merkki, esim. Samsung, jolla on pelkästään tälläkin hetkellä tuotannossa toistakymmentä huomattavastikin toisistaan poikkeavaa

mallia.

Tällaisiin asioihin kannattaa kiinnittää huomiota, asiakkaat ovat kuitenkin nykyään nettimaailmassa varsin valveutuneita ja vastaavaa informaatiota on internet pullollaan.

Otan tähän esimerkkinä tämän hetkisen ajoneuvoni, moottorina suoravetoinen napamoottori Cromotor, josta otettu piikkitehona n. 11 kilowattia eli 11000 wattia, akustona toimii Sonyn VTC4-kennoista rakennettu akku joka on koottu muodossa 20s10p, eli 20 kennoa sarjassa ja 10 kennoa rinnan, josta saadaan 74 volttia/21Ah = n. 1550 Wh kapasiteetti, yksittäisen kennon kapasiteetti on 2,1Ah ja kennokohtainen jatkuva virranantokyky on 30 ampeeria, jolloin koko paketin jatkuva virranantokyky on yhteensä jo 10p x 30 = 300 ampeeria, eli tällä paketilla ajaisi ko. Cromotoria nykyiseen verrattuna vaikka tuplatehoisena. Huomioitavaa on, että kyseisessä akkupaketissa ei käytetä ollenkaan BMS:ää.

Kyseisellä ajokilla pääsee n. 1kW tehoisena juurikaan polkematta n. 80 km, mutta reilummin ajellessa rajoittamattomana n. 40-50 km.

Kuski + pyörän paino yhteensä, n. 165 kg.

Suorituskyvystä mainittakoon; 0-50km/h = 5,2 sek.

Toisaalta voidaan ajatella, että samaan tilaan ja saman painoisena akkupakettina olisi voinut käyttää myös jotain muuta kennoa, esim. suosittua Samsungin 30Q:ta, jolla jatkuvaa virranantokykyä olisi saatu juuri ja juuri tarvittavat 150A, eli 11kW. Tällöin kapasiteettia saataisiin samalla n. 43% lisää, mutta tässä tapauksessa Sonyn kennot puoltavat paikkaansa; niitä ei tarvitse kurittaa äärimmilleen, jolloin niiden käyttöikä pysyy ja jääpähän pientä virivaraakin samalla.

BMS (Battery Management System)

Eli tuttavallisemmin akustonhallintajärjestelmä.

BMS:llä on useita tehtäviä:

  • hoitaa sekä latauksen, että purkamisen aikana kennojen balansointi, eli tasapainoitus samaan jännitteeseen. (markkinoilla on myös BMS:iä, jotka eivät balansoi kennoja) Me käytämme ainoastaan BMS:iä, jotka balansoivat.
  • Estää kennojen liiallinen purkaminen esim. alle raja-arvon 2,5V/kenno, jolla estetään akuston kuoleminen. Eli LVC (Low Voltage Cut-off)
  • Estää vastaavasti latauksessa latausjännitteen ylittyminen, yleensä 4,2V/kenno, jos laturi ei sitä jostain syystä teekään. Eli HVC (High Voltage Cut-off)

Periaatteessa kaikki sähköajoneuvojen akustothan sisältävät BMS:n, mutta kannattaa muistaa, että monesti merkkikennoista valmistettu akkupaketti ilman BMS:ää on parempi, kuin halpakennoista kasattu paketti halvalla ja huonolla BMS:llä. Syynä tähän on se, että huonoissa BMS:ssä ei välttämättä ole kennojen balansointia ollenkaan, jota mahdollisesti huonolaatuisista kennoista koottu halpa-akku juuri tarvitsisi.

Toisekseen taas kunnollisista ja mitatuista merkkiakuista koottu akusto ei normaalisti mene pelkästä käyttämisestä juurikaan epäbalanssiin, vaikka monesti näin luullaankin.

Mitä enemmän kennoja on akustossa rinnan, sitä vähemmän epäbalansoitumista tapahtuu ja sitä vähemmän yksittäisen kennon epäbalanssi horjuttaa muun akuston toimintaa.

Suurempitehoisissa ajokeissa käytettävät akustot, joissa virrantarve on suuri, myös järeän BMS:n (lue: kalliin) käyttö on ehdoton edellytys, jotta siitä ei muodostuisi pullonkaulaa tehoa tarvittaessa, eli vaikka akuston kennot riittäisivät antamaan jatkuvaa virtaa 100A, niin 40A:n BMS:llä siitä ei saada puoliakaan ulos. Alitehoiseksi valitun BMS:n jatkuva ja liiallinen kuormittaminen vähentää myös BMS:n itsensä käyttöikää.

Tilan ollessa todella kortilla kannattaa myös miettiä, että BMS:lle löytyy paikka, varsinkin järeämmän virran kestävät BMS:t vievät jo jonkin verran tilaakin ja Full-tilassa käytettäessä on sen ympärille varattava myös hieman jäähdytystilaa.

Akkupakettia suunniteltaessa pyrimme löytämään asiakkaan kanssa ratkaisun, jossa hinta/hyötysuhde olisi paras mahdollinen, koskien niin akkukennojen, kuin BMS:nkin valintaa.

Yksi hyväksi havaittu tapa on käyttää BMS:ää ns. charge-tilassa, eli sen tehtävänä on vain hoitaa latauksen aikana kennojen balansointi sekä estää latausjännitteen ylittyminen.

Tällä saadaan asiakkaalle selvää säästöä aikaan, näin voidaan valita paljon pienempitehoisempi BMS, sen hoitaessa vain em. tärkeimpiä tehtäviä. Tämä tietysti edellyttää, että liiallinen purkaminen alle sallitun kennojännitteen on estetty ajokissa muulla tavoin, esim. moottorin kontrollerin tai ohjauspaneelin (esim. Cycle Analyst) asetuksista. Oikein koottu ja mitoitettu akusto ei  käyttämistä ja kovaa ajoakaan säikähdä ja vaikka näin jossain määrin tapahtuisikin, charge-tilaan kytketty BMS oikaisee tilanteen heti seuraavassa latauksessa.

Tämäkin asia on luonnollisesti täysin asiakkaan päätettävissä, tehdäänkö akusto ilman BMS:ää, vai BMS:n kanssa charge- tai full-tilassa.

Akuston iän optimointi

Normaalikäytössä oikein käytettynä ja oikein mitoitettu akusto kestää lataamista satoja ja taas satoja kertoja, tällöinkin kennojen valmistajat ilmoittavat maksimivarauksen olevan yleensä vielä esim. n. 80% alkuperäisestä.

Haluttaessa optimoida akuston ikä, kannattaa keskittyä hetki jännitealueeseen.

 Kennojen ikää voi muutenkin pidentää muutamalla eri tavalla:

  • Välttämällä kennon lataamista täyteen 4,2 volttiin.
  • Välttämällä kennon purkamista minimiin 2,5 volttiin.
  • Valitsemalla tehontarve huomioiden riittävän purkuvirran tarjoavat kennot, jotta niitä ei kuormitettaisi ainakaan jatkuvasti äärirajoilla.
  • Huolehtimalla, että akku ei pääse lämpenemään, ei käytössä, eikä säilytettäessä, esim. välttämällä säilytystä auringossa tms. kuumassa.

Lopuksi on vielä muistutettava akkujen paloturvallisuudesta.

Huomioithan erityyppisten akkukennojen ominaisuuksia ja varsinkin paloturvallisuutta vertailtaessa, että vaikka erot ovat akkukemiasta riippuen todella suuriakin, niin täysin vaaratonta akkua ei ole olemassakaan!

Paras tapa huolehtia turvallisuudesta olisi tietenkin mahdollisuuksien mukaan ladata akku/akun sisältävä ajoneuvo ulkona. Tätä mahdollisuutta harvemmalla kuitenkaan on. Toinen tapa on yksinkertaisesti, että akkua ladataan vain, kun ollaan itse kotona, eikä silloinkaan mielellään nukkumassa. Laturin töpselin väliinhän voi myös hankkia lyhytaika-ajastimen, jolla lataaminen joka tapauksessa päättyy asetetun ajan jälkeen.

Talvella ajon päätteeksi viilentyneen akun lataaminen on myös kielletty ja sen on annettava sen ensin lämmetä riittävästi, kylmenneen akun lataaminen on myös alku monelle tulipalolle!

Muista että esim. jos pudotat vahingossa akun asvaltille, sen kanssa on oltava tarkkana. Jos muovikuori on haljennut, akuston kennot saattavat olla saaneet myös osumaa, mahdollisuuksien mukaan tarkkaile akuston jännitettä, jos jännite pudottamisen jälkeen hiemankin alkaa putoamaan, älä missään nimessä säilytä sitä enää sisätiloissa!

Myös akuston pullistuminen indikoi tulevaa tulipaloa.

Moni on varmaan lukenut näistä maailmalla itsestään syttyneistä sähköpotkulaudoista yms. ajoneuvoista, joiden yleisin syttymishetki on juurikin ladattaessa, jolloin jokin asia on mennyt pieleen aina akuston ja BMS:n laatuongelmista ja heikkotasoisista latureista alkaen.

Me akkutehdas.com:ssa otamme vakavasti paloturvallisuuteen liittyvät asiat ja pyrimme valmistamaan akut parhaan tietämyksemme mukaisiksi, jotta myös paloturvallisuuteen liittyvät asiat olisivat huomioitu akkua suunniteltaessa ja valmistettaessa.

Valmistamamme akut ovat vakuutettu toiminnanvastuuturvalla 500.000 euroon asti.