Ličio celių pasirinkimas

Kad jau nusprendžiau konstruoti sudedamą dviratuką, ieškausi jam tinkamų celių, nes nuo to priklausys rėmo konstrukcija. Dėl mažo tūrio, priimtiniausiai atrodo 18650 korpuso (18×65 mm cilindrai) ličio celės. Labiausiai tokio korpuso celės išpopuliarėjo dėl nešiojamųjų kompiuterių, kuriuose yra naudojamos masiškai. Na o paskutiniu metu, tokias celes naudoja net ir rimtų elektromobilių gamintojai, tokie kaip Tesla. Greičiausiai dėl to, kad tiesiog nėra nieko geriau.

Šiek tiek pasidomėjus paaiškėjo šie pagrindiniai rinkos žaidėjai: Panasonic (nupirko SANYO), Samsung, LG. Visokių ten kiniškų stebuklų, tokių kaip TrustFire (!!), neminiu. Jei ką svarbaus praleidau, rašykit komentaruose. Samsung yra paplitusios pigiuose nešiojamuose kompiuteriuose ir yra prastesnės kokybės nei Panasonic (kažkada matavau senas celes – varža bent 2x didesnė), tai jas iškart atmetu. Apie LG daug nežinau, reiks pasidomėt. Bet kažko ypatingo nesitikiu.

Peržvelgus šių Panasonic celių charakteristikas pasimatė, kad jų gan didelė vidinė varža (~70mΩ), taigi didelių srovių saugiai atiduoti negali. Aš galvoju daryti gan didelės ridos transporto priemonę, taigi ilgalaikė iškrovimo srovė neturėtų viršyti 1.5C ir tokios celės turėtų tikti.

Išsiuntinėjau užklausas visiems alibabos pardavėjams ir jau gavau kelis atsakymus dėl kiekių ir kainos. Modeliai ir kainos (1@100 vnt):

• Panasonic NCR18650 – 24 RMB
• Panasonic NCR18650A – 27 RMB
• Panasonic NCR18650B – 33 RMB
• Panasonic NCR18650PD – 28.5 RMB

RMB yra kiniškas pinigas, mums žinomas kaip CNY. 1 USD = 6.2 CNY; 1 LTL = 2.34 CNY.

Apibendrinta charakteristikų ir kainų suvestinė:

Žalios vertės yra įvestos iš gamintojų dokumentacijos. Raudonos – išvestinės. Įdomumo dėlei pridėjau ir jau bankrutavusios A123 bei, vardan absurdo, švino akumuliatorių (pastarojo skaičiai gali būti šiek tiek netikslūs, nes nesivarginau gilintis).

Trumpai apžvelgiant, celės NCR18650/A/B turi beveik vienodą vidinę varžą (61-70mΩ) ir skirtingas talpas. Tai galima manyti kad tiesiog naujesnis modelis daugiau talpos turi. Dar galima pastebėti kad NCR18650B ne taip stipriai kenčia nuo žemos temperatūros. Būtų logiška rinktis talpiausią modelį, tik, deja, kaina yra ne visai proporcinga: 407, 426 ir 480 USD už 1kWh akumuliatorių.

Dar yra modelis NCR18650PD, kuris turi dvigubai mažesnę vidinę varžą, taigi tinka dvigubai didesnėms srovėms. Deja talpa yra gan maža, taip pat prastoki reikalai su žemomis temperatūromis. Dar vienas įdomus dalykas – nuo iškrovimo srovės priklausanti talpa (Peukerto dėsnis). Šis dėsnis sako, kad akumuliatoriaus talpa mažėja didėjant srovei. Kai kurios celės tokio efekto beveik neturi (pvz., A123), bet šioms, itin talpioms ličio jonų celėms, dėsnis yra gan pastebimas. Talpa taipogi priklauso ir nuo temperatūros:

Čia matom, kad žemose temperatūrose prarandama gan daug talpos. Iš dalies taip nutinka dėl itin padidėjusios vidinės varžos (žemesnės temperatūros grafiką pakėlus aukščiau, jis gražiai dengia kitą), bet taip pat pastebimas ir Peukerto dėsnio sustiprėjimas. Šitame paveikslėlyje(viršuje) matome kaip stipriai krenta įtampa esant žemai temperatūrai ir gan greitai užkyla iškrovimo metu. Taip vyksta dėl to, kad celė įšyla ir sumažėja jos vidinė varža. Manau galima būtų net gan tiksliai nustatyti kokia varža yra prie -10 ir -20°C – 0.14Ω ir 0.36Ω atitinkamai, t.y. padidėja daugiau nei 5 kartus(!!!).

Na o tai turint mintyje ir pažiūrėjus į šį grafiką (apačioje), tampa aišku, kodėl celė NCR18650PD yra jautresnė žemai temperatūrai nei, pvz., NCR18650B:

Gerai matosi kaip iš pradžių, didinant srovę, gan aiškiai matosi Peukerto dėsnio nulemtas talpos sumažėjimas, tačiau toliau keliant srovę, talpa vėl ima didėti. Greičiausiai taip nutinka dėl įkaistančios celės, na o aukštesnėje temperatūroje talpa didėja. Esu tokį efektą pastebėjęs ir su A123 celėmis, kurių srovę didinant, talpa taip niekuomet ir nepamažėja, o tik padidėja.

Aukščiau pateiktoje lentelėje yra paskaičiuotas ir 1kWh akumuliatoriaus tūris bei svoris. Jei ne tinkamumas žemai temperatūrai, turbūt aukso viduriukas (atsižvelgiant į kainą) būtų celė NCR18650A.

Beje, palyginimui pridėjau “pouch” tipo A123 20Ah celę. Kaina $25 už celę yra iš pilkosios rinkos, tai čia sunku lyginti. Bet pažiūrėkim į kitus skaičius: tūris daugiau nei dvigubai didesnis, svoris irgi beveik du kartus viršija šių, rodos, blogai užpildančių plotą, cilindrinių celių.

Kaip pajuokos objektą pridėjau ir švino akumuliatorių. 1kWh (realios, prie 1C apkrovos) kaina beveik ta pati kaip ir kitų celių. Tūris ir svoris “lenkia” 20 kartų. Ilgaamžiškumas irgi, neabejoju, bent kelis kartus.

Manau su švinu viskas aišku, na o su cilindrinėm dar reiks pagalvoti. :) Beje, šios cilindrinės kai kurių gamintojų yra daromos su integruota apsaugos schema (celė pailgėja 2mm), kuri atjungia celę viršijus leistiną srovę ar užėjus už saugios įtampos ribų. Kainuoja kiek daugiau, bet maketavimo stadijoje turėtų atsipirkti.