Хранение литий железофосфатных (LifePo4) аккумуляторов.

После приобретения железофосфатных аккумуляторов пару лет соблюдал рекомендации производителя по которым зарядка 50%. Все эти два года искал обоснование этой рекомендации и ничего толкового не нашёл.

После поисков и второго года хранения по «рекомендации», а не обоснованию у меня стала крепнуть уверенность, что эти рекомендации из разряда лучших шансов в лотерее 50 на 50, мол если рекомендации окажуться не верными или верными то на 50%.

После поисков собственного обоснования которые приведу далее утверждаю, что LifePo4 лучше хранить 100% заряженным при комнатной температуре, обоснование:

Окисление в аккумуляторе происходит при разряде, восстановление при заряде, спрашиваеться:
— Что легче восстановить литий или окислить ?

Не зная базовых основ химии на практике наблюдения можно сказать, что окислить топливо гораздо легче чем восстановить топливо из получившихся окислов и газов.

Если посмотреть на характеристики токов заряда и разряда то допустимый ток заряда в разы меньше токов разряда, а при зарядке тем же током аккумулятор больше грееться, т.е. сопротивляеться восстановлению чем при разрядке тем же током.

Что же может происходить при хранении на 100% заряженного аккумулятора, вряд ли реакции восстановления, скорее окисления которое восстановиться при зарядке близко к 100%. Даже осыпание востановленного лития в электролит снизит ёмкость лишь на несколько циклов заряд — разряд, постепенно литий из электролита вновь будет участвовать в реакциях.

Если аккумулятор будет заряжен на 50% то на 50% окисленние будет накладываться окисление хранения образуя более сложные окислыи которые могут оказаться устойчивыми к многочисленным циклам заряд — разряд при обычном напряжении заряда, сложный окисл может заблокировать поверхность анода в то время как более простой окисл на катоде возникший в результате естесствееного хранения при зарядке востановиться в литий.

Восстановление сложных окислов (сложно но возможно) в литий возможно малыми токами заряда от 0.2C и ниже и повышенным напряжением импульсов в начале зарядки с постепенным снижением вольтажа к моменту заряда банки, при условии, что сложные окислы остались в банке аккумулятора.

Такой прогнозируемый процесс с повышенным напряжением уже может происходить в аккумуляторных сборках пользователей когда одна — две банки проседают по ёмкости и на остальные банки вольтаж распределяеться исходя из сопротивлений банок образуя более высокое напряжение.

Получаеться своего рода несуразность:

Пользователь эксплуатируя аккумулятор с парой просевших банок при разряде получает почти заводскую ёмкость разряда, но вот он решает заменить пару просевших банок и через пол года — год обнаруживает, что ёмкость снизилась больше чем была до замены!

Он снова разбирает аккумулятор и обнаруживает старые просевшие банки, хотя они годами показывали ёмкость выше чем заводской номинал, а тут за пол года — год резко слили ёмкость.

Если пользователь за день в среднем суммарно разряжает 50% ёмкости аккумулятора за 1 час — 2 часа, а потом 2.5 часа подзаряжает то как минимум 19.5 часов (более 80% времени) в сутки (каждые сутки в среднем) аккумулятор храниться в велосезон на 100% заряженным, производители рекомендуют после любого разряда как можно быстрее зарядить до 100%:
— Как же так ?

Если по логике хранить на 50% то заряжать надо перед выездом, но никак не после разряда, тесты разряда — заряда производителей LifePo4 показывают, что чем больше похожесть на буферный режим т.е.:
— Чем меньше глубина разряда и быстрее включение процесса зарядки тем больше циклов (из расчёта на суммарную 100% ёмкость) проходит LifePo4.

P.S. Некоторое время назад меня на практике познакомили со значением слова «маркетинг» суть этого процесса в скрытии информации: каких либо условий, свойств товара; зная которые можно достичь максимального времени эксплуатации. Техничесских специалистов максимально сковывают (чуть ли не под домашний арест) документированным (под роспись) неразглашением информации без ведома администрации и маркетологов.

Даже при возникновению шумихи продемонстрируют вздутие 100% заряженного пакета при 20 градусах по Цельсию при быстром повышении температуры хранения до 50 градусов по Цельсию и сохранением пропорций 50% заряженного аккумулятора, опять скрыв информацию, что такие резкие перепады температуры естесственно не происходят, LiFePo4 постепенно сам сбрасывает заряд при естественном повышении температуры. И что бы так вздуть аккумуляторы надо постараться: например зарядить при -10 -20 по Цельсию (что запрещено характеристиками эксплуатации) до 100% и внести в отапливаемое помещение +20 +25 по Цельсию, возможно понадобитьсяся разобрать аккумулятор на пакеты, что бы те быстрее прогрелись для вздутия.

И на этот аргумент маркетологи, что — нить придумают, ведь за это они получают деньги принося доход: повышая на практике востребованность продукции не в ущерб качеству производимых товаров.

Расчёт: пробега, ватт, скорости.

При выборе электровелосипеда встречал статьи о привязке формулы кинетичесской энергии к скорости и пробегу т.е. утверждалось, что при движении в 2 раза быстрее тратиться на то же расстояние в 2 раза больше энэргии и для экономии заряда рекомендовалось двигаться с меньшей скоростью.

Каково же было моё удивление когда при движении на электровелосипеде со скоростью 25-30 км в час проезжал то же расстояние с поправкой на КПД что и при 5-10 км в час, разница составляла до 20% КПД хотя по формуле кинетичесской энергии она должна бала быть 250% — 600%. Для понимания пришлось разбираться, что же можно рассчитать формулой кинетичесской энергии.

Глянув в Википедии как вывели формулу кинетичесской энергии обнаружил, что пройденное расстояние умножили на ускорение, а ведь ускорение было только в начале набора скорости, а потом ровнялось в идеальных условиях 0.

Другими словами формула кинетичесской энергии рассчитывает энергию при ускорениях и не имеет никакого отношения к энергии поддержания движения с постоянной скоростью.

Энергия поддержания с постоянной скоростью по показаниям зарядки ближе к формуле импульса где нет квадрата скорости и при удвоении скорости за то же время тратиться в два раза больше энергии, а так как движение происходит в 2 раза быстрее то и расстояние которое проезжают за то же время в 2 раза длиннее.

При: ширине покрышки 2-3 дюйма (при большей ширине затраты будут больше, а при меньшей меньше) + 3-4 атмосферы давления (при меньшем давлении затраты будут больше, а при большем меньше) + 90% КПД мотор колеса = на каждые 10 кг веса тратиться 1 В*A ёмкости аккумулятора:

А Для движения со скоростью 30 км в час при масссе 100 кг / 10 * 30 = понадобиться 300 В*A ёмкости аккумулятора и 300 Вт полезной мощности двигателя.
Б Для движения со скоростью 90 км в час при массе 100 кг/10 * 90 = понадобиться 900 В*A ёмкости аккумулятора и 900 Вт полезной мощности двигателя.
В Для пробега 50 км массы в 100 кг с любой постоянной скоростью понадобиться 100/10 * 50 = 500 В*A ёмкости аккумулятора.

У двигателей переменного тока с падением частоты (скорости) уменьшаеться КПД, а с увеличением частоты (скорости) КПД растёт до момента магнитного пропускания (насыщения) ферромагнитного устройства мотор колеса.

У двигателей постоянного тока с понижением мощности КПД мотор колеса растёт часть энергии 10%-20% рассеиваеться в тепло в регуляторе скорости, а при повышении мощности КПД снижаеться и при форсировании мотор колеса повышение напряжения КПД может снижаться до 50% и менее.

Основной проблеммой двигателей переменного тока является частотный диапазон в котором может работать ферромагнитный проводник мотор колеса. При скрости 5 и 30 км в час частота изменяеться в 6 раз.

Для расширения частотного диапазона 5 — 50 (или 90) км в час при том же КПД нужны в разы более лучшие свойства ферромагнитов.

P.S. При указаной мощности например 48 Вольт 500 Вт мотор колеса подразумеваеться, что двигатель потребляет при 48 Вольтах 500 Вт*час, у каждого аккумулятора есть характеристика желательного времени разряда или постоянная сила тока разряда, для свинцовых аккумуляторов желательное время разряда 5 часов и более, т.е. для для выдачи 500 Вт*Ч понадобиться свицовый аккумулятор от 2500 V*A и более, именно поэтому на аккумуляторах не пишут Вт так как аккумулятор не может выдать такое количество Вт*час. И наоборот когда аккумуляторы станут например за 0.9 часа и менее выдавать всю ёмкость их маркировка будет в Вт, а реальная ёмкость: маленьким шрифтом, отдельно в таблице характеристик.

P.S.2. При увеличении напряжения по формуле:
R(сопротивление)=U(напряжение)/I(сила тока)

Сопротивление не зависит от напряжения и силы тока, т.е. остаёться постоянным и зависит от свойств материала и температуры, иначе на резисторах не писали бы только сопротивление.

Для двигателя при повышении U(напряжения) в два раза для того, что бы (сопротивление) осталось тем же I(сила тока) то же возрастает в два раза:
R(сопротивление)=(U(напряжение)*(или /)N(коэфициент увеличения или уменьшения))/(I(сила тока)N(коэфициент увеличения или уменьшения))

Сокращённо:
R=U*N/I*N где N/N=1, а какое число на 1 не умножай или дели R(сопротивление)
останеться тем же.

При увеличении U(напряжения) в 2 раза I(сила тока) увеличиться то же в два раза, а по формуле:
W(мощность)=U(напряжения)*N(коэфициент увеличения или уменьшения)*I(сила тока)*N(коэфициент увеличения или
уменьшения)=U*2*I*2=U*I*4

Т.е. мощность вырастет при увеличении напряжения в 4 раза.

Для щёточного двигателя с обмотками статора и ротора при увеличении мощности в 4 раза обороты увеличаться то же 4 раза, а для двигателя с магнитами мощность вырастет в 4 раза, а обороты только в 2 раза так как магниты не увеличаться, обмотка ротора будет формировать избыточное поле греющее материалы от магнитов, ободов и спиц до молекул воды в воздухе.

Поэтому для того что бы увидеть скорость 90 км в час при 100 кг движущегося объекта на моторе с полезной отдаваемой мощностью 900 Вт такой мотор надо точно расчитывать.

Фокус с замкнутыми обмотками статора или ротора вместо магнитов где формируемое рабочим магнитным полем (ЭДС) формирует противоположный магнитный полюс для вращения — применяеться давно, у этой схемы такие же ограничения как и у магнитов: замкнутые обмотки не потребляют энергию из источника питания поэтому увеличив мощность в 4 раза обороты не возрастут в 4 раза, да больше чем в два (у магнитов) раза, но меньше чем у щёточного двигателя.

Какой из этого можно сделать вывод ?

Вкладывать деньги в двигатели с замкнутыми обмотками ?
А может миновать эту стадию и производить щёточные двигатели ?
Возить с собой запасные щётки весом в десятки грамм разве сложно ?

В инструменте придумана система оповещения за 3-5 часов до отключения щётки.

Развитие электротранспорта напоминает повторное изобретение электродвигателя, как буд то люди производящие моторы живут в некой паралельной вселенной: там не было детских моторчиков на магнитах, не было двигателей с замкнутыми обмотками, и о чудо !!! в этой паралельной Вселенной, двигатель с замкнутыми обмотками это достижение, наверно в этой паралели щёточные двигатели с КПД 95% за гранью понимания.

А как вам известные ещё в 20 веке щёточные двигатели с 2-3-4 и более парами щёток где и ротора обмотки перекомутируються и статора за счёт большего числа пар щёток и выводов со стационарной обмотки ?

Им не нужны контроллеры формирующие вращающееся поле, скорость регулируеться перекомутацией, можно переключать барабанным переключателем без электроники, а при снижении скорости перекомутацией крутящий момент возрастает, вернее он сохраняеться = скорость преобразуется в силу с меньшими потерями это по сравнению с двигателями на магнитах и с двигателями на замкнутых обмотках момент возрастает !!!

Тут да же редукторное преобразование силы выглядит как лампа накаливания греющая воздух по сравнению с диодными лампами (что то меня понесло).

P.S.3. Если задуматься над цифрами которые пишут в техничесских характеристиках моторов то станет ещё смешнее:
— КПД редукторных двигателей 90%, а прямого привода переменного тока 86% и в сравнении + и — типов двигателей:
— Двигатели прямого привода на 30% трятят больше при той же скорости и массе.

Так если тратят на 30% больше то КПД прямого привода = 90%-30%=60% , в два раза увеличили напряжение и стало КПД 30%, в четыре 15%.

Если посмотреть тесты DC преобразователей увеличения напряжения (контроллер мотора работает похоже) на каналах «YouTube» с паузами и калькуляторам в руках то:

Без ограничения тока максимальный КПД 90%, а с ограничением 82-86%, что совпадает с цифрами не КПД мотора, а КПД электроники управления, в редукторных двигателях ток не ограничивают формируя только частоту, а в двигателях прямого привода переменного тока формируют частоту и ограничивают силу тока.

КПД мотора не учитываеться логика происхождения маркетинговой информации:

Максимальный КПД мотора = 100% = максимальному КПД электроники управления = 90% или 86%
В сокращённом виде (маркетинг), что бы продуктивнее информация заходила пишут:

Максимальный КПД редукторного мотора = 90%
Максимальный КПД мотора с прямым приводом = 86%

P.S.4. Возникают вопросы:
— Почему у двигателей прямого привода КПД настолько ниже ?

Поразмышляв на эту тему пришёл к выводу:

Из-за большого диаметра прямого привода и бокового смещения, если посмотреть в разобронном виде редукторный мотор то зазоры между магнитами и обмоткой настолько малы, что их едва удаёться рассмотреть на видео в 1080p.

Более мощные редукторники «растут» не в диаметре колеса, а его ширине, двигатели прямого привода в диаметре колеса «разрослись» так, что в 20″ дюймовый обод их скоро можно будет вставлять без спиц.

При одном и том же допуска диагонального хода подшипника при увеличения диаметра мотора в два раза зазоры между магнитами и обмоткой и боковинами приходиться увеличивать в 2-4 раза, именно на преодолении зазора и снижаеться КПД, а уменьшение зазора в разы более выгодно да же с учётом потерь на трении в шестернях и других деталях.

Возникает своего рода диагональный рычаг в основании которого смещение подшипников (зависит от допуска изготовления), а на длинном плече зазоры между:  магнитами и обмоткой и боковинами.

Учитываються нагрузки и со временем выроботка в канавках подшипника которая увеличивает диагональное смещение магнитов. Например сердечники трансформаторов набираються из изолированных стыкуемых пластин, зазор при сборке 0.1 и ниже, а КПД 97%.

Из-за увеличенных зазоров на двигателях прямого привода можно устраивать скачки по неровностям и прыжки с трамплинов, а в редукторных двигателях при этих нагрузках: ломаються, выкрашиваються, быстрее изнашиваються; шестерни.

Аккумуляторы и топливо: Остановки в развитии, прогноз.

Во времена широкого использования паровых двигателей было несколько путей дальнейшего развития:
1 Электричество.
2 Аккумуллирование кинетичесской энергии.
3 ДВС, двигатели внутреннего сгорания.

Именно остановка в развитии на ДВС препятствовала остальным путям развития более 100 лет, в 21 веке при запасах нефти и газа на 50 лет снова и снова останавливаються в развитии.

Например на литий: ионных, полимерных аккумуляторах; остановилось развитие так же как на ДВС. В начале 20 века наверно рассуждали так же:
— Зачем развивать остальные пути если топлива более чем на 100 лет ?

Так же рассуждают и в начале 21 века:
— Зачем развивать литий: железо фосфатные, титинатные и другие; если раз в 3-5 лет можно повторно продавать замену утратившей ёмкость батарее ?

Аккумуляторы не нуждающиеся в замене 15-20 и более лет производителям не выгодны, на них особо не заработаешь, ведь более быстро выходящих из строя полимеры и ионы за те же 15-20 лет можно продать 3-4 раза.

Пять лет назад в 2012 году в СМИ «пели песни» о том, что к 2020 году аккумуляторы подешевеют в 4 раза и при той же массе в 4 раза будут легче, за окном пару месяцев до 2018 года и даже литий железо фосфатные которые были и в 2012 году не особо продаються в твёрдой оболочке которая повышает их ресурс.

Т.е. на практике нет никаких предпосылок, что так же как с ДВС так и с литий ионными и полимерными будут развивать другие виды аккумуляторов.

Возможно какие — то образцы и будут появляться в ограниченных количествах как литий титанатные про которые пишут, что литий титанат продаёться в основном бывший в употреблении тысячи перезарядок в транспортной отрасли.

Как с топливом: когда его хватало на 150 лет то 100 лет остального не развивали, т.е. 2/3 времени от запасов так и с литием которого в лёгком доступе на 40 лет ближайшие 28 лет до 2045 года обещанного к 2020 году ждать не стоит.

Развитие в промышленности сводиться к принципу:
— Как в аккумуляторе с тем же: ресурсом, мощностью, ценой, весом; использовать при производстве как можно меньше лития.

Повторю:
При аналогии с запасами угле водородов для ДВС можно сказать, что пока на 2/3 не будет исчечерпан литий в лёгком доступе добычи сделана очередная после ДВС остановка в развитии.

Что касаеться цен на аккумуляторы с теми же характеристиками:
— Какая цена была на топливо в начале 20 века ?

После 2045 года для освоения более трудной добычи лития которого на планете запасы на тысячи лет нужны будут новые: знания, технологии, принципы, и с их появлением появяться новые типы аккумуляторов: более лёгкие и ёмкие за ту же цену.

Выбор между моторами, мотор — колёсами постоянного и переменного тока для велосипеда.

Как правило выбор ведёться между редукторным и безредукторным мотором, мотор колесом, техничесски это не верно так как моторы, мотор — колёса редукторный и безредукторный на той же мощности и скорости вращения будут выдавать примерно одинаковое усилие в Ньютонах.

Более правильно выбирать между моторами, мотор — колёсами постоянного и переменного тока.

1 Мотор колёса постоянного тока выдают максимальную мощность и усилие при максимальной скорости вращения, регулируеться скорость движения мощностью мотора — контроллером ограничиваеться сила тока, при выезде из ямы или переезде препятствия на более ровный участок происходят ускорения поэтому такие мотор колёса предназначены для езды по ровной поверхности, для бездорожья такие моторы не подходят так как в дождь при выезде из ямы на грунтовке можно не справиться с управлением из — за появившегося ускорения. В связи с особенностями регулировки скорости мотор колёса постоянного тока не ограниченны скоростью, а только мощностью поэтому при меньшей нагрузке на них можно развивать большие скорости или при той же нагрузке увеличить скорость поставив второе мотор колесо постоянного тока.

2 Мотор колёса переменного тока могут выдавать максимальную мощность и усилие с поправкой на КПД на любой скорости, скорость движения регулируеться частотой переменного тока, при установке регулятора скорости в определённое положение скорость при выезде из ямы не меняеться, на таких моторах в дождь по грунтовке на асфальтовой резине можно ездить без потери управления. Предназначение таких моторов: бездорожье, ямы, грунт, преодоление препятствий. Поставив второе колесо переменного тока можно увеличить лишь усилие, скорость останеться той же.

P.S. Для обоих типов колёс желательно не забывать, что безопасная скорость движения на велосипедах без дополнительных амортизаторов или колёс низкого давления составляет до 30 км в час, на 30 км в час «стандартный» велосипед качает из стороны в сторону на почти ровном асфальте и управлять им достаточно сложно. Каждая неровность асфальта немного подбрасывает весь вес над асфальтом и в эти микро моменты теряеться сцепление с дорогой, что проявляеться в виде качки из стороны в сторону и трудном управлении.

Стремя для электровелосипеда (теоретический проект).

Велосипед подразумевает почти постоянное кручение педалей, в электровелосипеде педали подкручиваються по мере необходимости, а в остальное время занимают какое — то положение в этом и состоит проблема электровелосипедов:

1 Наиболее выгодная с позиции амортизации с левой или правой вытянутой ногой, вторая нога сильно согнута и постепенно за десятки минут такой езды затекает, а при езде день за днём начинает болеть. С медицинской точки зрения согнутые суставы препятствуют току крови и при длительном положении могут возникнуть более серьёзные проблемы чем боль в суставах. Амортизационная нагрузка однобокая с плохим распределением на позвоночник.

2 Менее выгодный с позиции амортизации, педали выставлены в среднее положение, одна нога вперёд, другая назад, обе ноги согнуты на приблизетельно одинаковые углы сгиба, с медицинской точки зрения такая посадка значительно лучше чем первый вариант, но и она при тысяче и более накатанных километрах за сезон по грунтовым дорогам с меньшей скоростью «говорит» о неестественных нагрузках.

Накатав около 3000 километров по: грунтовкам + торфяникам + гравейкам + асфальту; появилась следущая идея над которой думал время от времени в течении 4 лет — представляю стремя для электровелосипеда:

1 Две спицы с изогнутым кольцом длинной (+ 15 см к ширине педали) крепяться на педаль левую или правую.
2 Через кольцо проходит верёвка с трикотажной резинкой (или пружиной) к которой крепиться планка — подножка длинной на ширину ступни в обуви 12-15 см, резинка или пружина может растягиваться на длинну верёвки 40 см, при отпускании подножки резинка стягивает подножку и верёвку до кольца спиц.
3 Спица возле шатуна крепиться к шатуну через вертлюжок или подшипник посредством трикотажной резики или пружины с таким расчётом, что бы растяжение позволяло: опустить подножку, крутить педаль. Это крепление не позволяет спицам самопроизвольно повернуться в нижнее положение и при + 15 см к ширине педали зацепиться за что — нить.

Такая конструкция позволяет ездить на двух вытянутых ногах и при вынимании ноги из стремни крутить педали в режиме велосипеда, самый лучший вариант как с позиции амортизации таки с медицинской, позвляет максимально подстроить длинну растяжения стремени под анотомичесские особенности.

Некоторый минус это необходимость обматывать эластичным медицинским бинтом голень в районе контакта голени с педалью в верхнем положении, на практике посмотрев какой вариант предпочтительнее:

А Голень впереди педали в верхнем положении «воздействие педали» на мышцы.
Б Голень сзади педали в верхнем положении «воздействие педали» на кость.

В 2018 году собираюсь стремя опробывать на практике так как почти постоянная езда на вытянутых ногах постоянно почти стоя (на 70-90% амортизационнная нагрузка придёться на ноги) может открыть новые горизонты скоростного передвижения по грунтовым дорогам на электровелосипедах.

P.S. Трюковые элементы на двухколёсных транспортных средствах делаються стоя на чуть — чуть согнутых ногах так как ни одна компактная амортизирующая система не достигла на 2017 год сравнимых амортизирующих свойств.