Eşti aici

×

Cum functioneaza un motor electric si o baterie litiu-ion?

Cum functioneaza un motor electric si o baterie litiu-ion?
Incredibil de utile pentru facut naveta zilnic, mai compacte si mai usoare decat o bicicleta pliabila si suficient de mici pentru a fi luate cu voi oriunde – trotinetele electrice au toate avantajele pentru a le alege atunci cand cauti o metoda de transport pana la serviciu si inapoi.
 
Sau daca mergi in general cu metroul, dar statia nu este foarte apropiata de tine, atunci o trotineta este perfecta, poti sa mergi pana la metrou cu ea, sa o pliezi si sa o iei cu tine in metrou. Apoi, cand iesi de la metrou, te urci din nou pe ea si mergi mai departe. In acest mod, vei ajunge extrem de rapid in orice zona a orasului in care traiesti.

Cum functioneaza un motor electric?

Motoarele electrice sunt peste tot! In casa, aproape orice miscare mecanica pe care o vezi in jurul tau este produsa de un motor electric de curent alternetiv sau curent continuu.
 
Un motor electric are sase parti:
  • Rotor sau armatura;
  • Comutator;
  • Perii;
  • Ax (osie);
  • Magnet;
  • Sursa de curent continuu.
Intr-un motor electric este vorba despre magneti si magnetism, motorul utilizand magneti pentru a crea miscare. Daca ai folosit vreodata magneti, stii deja despre legea fundamentala a tuturor magnetilor: cei opusi se atrag, cei identici se resping. Asadar, daca ai doi magneti marcati la capete cu “nord” si “sud”, atunci capatul cu nord va atrage capatul cu sud al celuilalt magnet. Pe de alta parte, capatul cu nord al unui magnet, va respinge capatul nord al celuilalt (si in mod similar functioneaza si sudul). In interiorul unui motor electric, aceste forte de atragere si respingere creeaza miscarea de rotatie.
 
Pentru a intelege cum functioneaza un motor electric, cheia este sa intelegem cum functioneaza un electromagnet. Acesta este baza oricarui motor electric. Putem intelege mai usor acest lucru daca ne imaginam urmatorul scenariu. Presupuneti ca ati creat un electromagnet simplu prin impachetarea a 100 de bucle de sarma in jurul unui cui si l-ati conectat la o baterie. In acest caz, cuiul ar deveni un magnet si va avea un pol nord si un pol sud in timp ce bateria e conectata. Acum luati cuiul pe care l-ati transformat intr-un electromagnet, introduceti un ax prin mijlocul acestuia si suspendati-l cu totul in mijlocul unui magnet in forma de potcoava. Daca adaugati o baterie la electromagnet, legea fundamentala a magnetismului va spune ce urmeaza sa se intample. Capatul nord al eletromagnetului va fi respins de capatul nord al magnetului si atras de capatul sudic ala cestuia. In acest mod, cuiul se va misca o jumatate de cerc si se va opri in acea pozitie.
 
Puteti vedea ca aceasta jumatate de miscare se datoreaza pur si simplu modului in care magnetii se atrag si se resping. Cheia catre un motor electric este ca acest ansamblu sa mearga cu un pas mai departe, astfel incat in momentul in care se termina aceasta miscare, campul electromagnetului sa se invarta. Aceasta schimbare va face ca electromagnetul nostru sa faca o alta jumatate de cerc (puteti schima campul magnetic prin simpla rotire a bateriei). Daca campul electromagnetului a fost rasturnat exact in momentul potrivit la sfarsitul fiecarei jumatati de miscare, motorul electric se va misca liber.
Intr-un motor electric adevarat, rotorul inlocuieste cuiul din exemplul nostru. Rotorul este un electromagnet realizat prin infasurarea unei sarme foarte subtiri in jurul a doi sau a mai multor poli ai unui miez metalic. Rotorul are un ax, iar comutatorul este atasat acestuia. Comutatorul efectiv reprezinta de fapt o pereche de placi atasate axului. Aceste placi asigura cele doua conexiuni pentru bobina electromagnetului.
 
Invesarea campului electromagnetic este realizata de doua componente: de comutator si de perii. Contactele comutatorului sunt atasate axului electromagnetului, asadar acestea se invart odata cu magnetul. Periile sunt doar doua bucati de metal sau din carbon care fac contact cu comutatorul. Atunci cand punem toate aceste componente la un loc, rezulta un motor electric complet. 

Cum functioneaza un motor electric brushless (fara perii)?

Un motor electric cu perii este foarte simplu si ieftin de produs, dar poate avea o multime de probleme:
 
  • Dupa o utilizare indelungata periile se vor uza;
  • Deoarece periile fac/rup conexiunile, apar scantei si zgomot;
  • Periile limiteaza viteza maxima a motorului;
  • Avand electromagnetul in centrul motorului, acesta se va raci mai greu;
  • Utilizarea periilor pune o limita pe cat de multi poli poate avea un rotor.
 
Odata cu aparitia computerelor ieftine si a tranzistorilor de putere, a devenit posibila “rotirea motorului din interior” si eliminarea periilor. Intr-un motor electric fara perii, magnetii permanenti sunt pe rotor. Apoi, este utilizat un computer conectat la tranzistoare de mare putere pentru a incarca electromagnetii in timp ce arborele se intoarce. Acest sistem are tot felul de avantaje:
  • Rotorul a fost eliminat;
  • Deoarece un computer controleaza motorul in locul periilor mecanice, este mai precis. De asemenea, calculatorul poate influenta viteza motorului. Acest lucru face motoarele fara perii mult mai eficiente;
  • Nu exista scantei si zgomotul este mult redus;
  • Nu exista perii care se vor uza in timp;
  • Cu electromagnetii asezati pe stator, sunt mult mai usor de racit;
  • Puteti avea o multime de electromagneti pe stator pentru un control mai precis.
 
Motorul electric fara perii are un singur dezavantaj in comparatie de cel cu perii: costul initial mai mare. Insa, pretul mai ridicat poate fi recuperat rapid prin eficienta mai mare pe intreaga durata de viata a motorului.

Bateriile litiu-ion

Bateriile tip litiu-ion sunt incredibil de populare in aceste zile. Le gasim in telefoane, laptopuri, biciclete, masini, trotinete si scutere electrice, etc. Sunt atat de frecvente pentru ca sunt unele dintre cele mai performante baterii reincarcabile disponibile si pentru ca au cateva avantaje foarte importante, cum ar fi:
  • In general, sunt mult mai usoare decat alte tipuri de bateii reincarcabile de aceeasi dimensiune. Electrozii unei astfel de baterii sunt fabricati din litiu si carbon. Litiul este un element foarte reactiv, ceea ce inseamna ca o multime de energie poate fi stocata in legaturile sale atomice. Acest lucru se traduce intr-o densitate foarte mare de energie pentru bateriile litiu-ion.
  • Isi mentin procentul de incarcare. Un acumulator litiu-ion pierde doar aproximativ 5% din incarcatura sa pe luna, in comparatie cu o pierdere de 20% pentru bateriile NiMH.
  • Nu au efect de memorie, ceea ce inseamna ca nu trebuie sa le descarcti complet inainte de reincarcare.
  • Bateriile litiu-ion pot avea sute de cicluri de incarcare/descarcare.
Exista si dezavantaje in cazul acestora, cum ar fi:
  • Acestea incep sa se degradeze de indata ce parasesc fabrica. Vor rezista doi sau trei ani de la data fabricatiei, indiferent daca le folositi sau nu.
  • Sunt extrem de sensibile la temperaturi ridicate, indiferent daca vorbim de temperaturi foarte scazute sau foarte ridicate.
  • Daca bateria se descarca complet, este foarte posibil sa isi piarda mult din capacitatile sale.

Cum functioneaza bateriile litiu-ion ale trotineteleor si scuterelor electrice?

La fel ca in cazul oricarui device care utilizeaza acumulatori de tip LITIU-ION, legile fizicii se aplica si in cazul trotinetelor si al scuterelor electrice, de aceea performantele obtinute pot varia foarte mult in functie de anumiti factori, cum ar fi:
 
Temperatura – daca temperatura mediului in care este utilizata trotineta este prea mica sau prea mare, autonomia si viteza maxima nu pot fi atinse. Temperatura optima de functionare este cuprinsa intre 15 – 25 de grade Celsius.
 
Greutatea – masuratorile si valorile prezentate in descrierea produsului sunt pentru trotineta electrica goala, fara o persoana pe ea. Cu cat greutatea transportata este mai mare, cu atat autonomia si viteza maxima vor scadea.
 
Amperaj – distanta maxima atinsa cu o singura incarcare completa a bateriei este data de amperajul acesteia. Valorile maxime ale amperajului se obtin doar in conditii ideale de temperatura si greutate. In caz contrar, cand amperajul afisat nu este maxim, autonomia maxima afisata in descriere nu poate fi atinsa.
 
Scuterele si trotinetele RYDE au baterii litiu-ion cu o durata de viata de aproximativ 700-800 de cicluri de incarcare/descarcare, aproximativ 30000-45000 de km sau doi ani. Dupa acesti doi ani de zile, bateriile nu trebuie schimbate, ele se uzeaza, insa vor functiona in continuare, doar ca nu la aceleasi performante ca in primii doi ani.

Cum alegeti cea mai buna baterie?

Primul pas in acest sens este sa invatati si sa intelegeti elementele de baza ale acumulatorilor si apoi sa determinati ce se potriveste cel mai bine nevoilor voastre.  Ultimul luru pe care ti-l doresti este sa fi departe de casa si sa te trezesti brusc ca nu mai ai energie. Vehiculele electrice pot fi un mod de viata pentru fiecare dintre noi, insa trebuie sa stim sa ne ferim de esecurile echipamentelor pe care le utilizam.
 
Cat de departe poti ajunge cu o baterie incarcata complet? Ei bine, fiecare site web, persoana de vanzari sau companie se lupta cu acest lucru, pe de o parte exista dorinta de a afisa cel mai bun scenariu cu putinta, deoarece face bine vanzarilor, dar pe de alta parte, daca arata prea bine poate sa nu fie adevarat. In realitate, ar trebui sa ne asteptam la aproximativ 32 de km cu o baterie ce cantareste 2,5 – 3,5 kg. O distanta mai mare si o greutate mai mica nu este posibil in viata reala, cel putin pana cand tehnologia bateriilor nu se imbunatateste semnificativ.
 
Ce este o baterie? Ei bine, este de fapt un pachet alcatuit dintr-un numar de celule, toate stivuite intr-un mod specific pentru a furniza puterea necesara de care vehiculul dvs are nevoie pentru a functiona.
 
Volti si amperi: fara a intra in detalii prea confuze, voltajul (tensiunea) este ceea ce impinge fluxul de energie electrica, in timp ce amperii reprezinta o masura a fortei. In mod obisnuit, vehiculele electrice cu voltaj mai mare merg mai repede, in timp ce cele cu amperi mai multi necesita baterii mai puternice si mai mari.
 
Volti: descriu cat de repede se misca electronii, mai multa tensiune = mai multa viteza.
 
Amperi: facem o analogie, cat de lat este un drum, cu cat mai multe benzi exista, cu atat mai multe masini pot trece simultan in acelasi timp.
 
Wati: combinatia dintre volti si amperi (Wati = Volti x Amperi).
 
Ah (amperi ora): reprezinta o masura a numarului fix de amperi pe care o baterie il poate mentine timp de o ora.
 
Wh (wati ora): aceasta este o modalitate mult mai precisa de a cunoaste cat de multa energie utilizabila este intr-un acumulator, acesta este numarul pe care trebuie sa il cautati. O baterie de 500Wh poate livra 500 de wati timp de o ora, 1000 de wati timp de 30 de minute sau 250 wati timp de doua ore.
 
Ah vs Wh: acest lucru poate deveni confuz, dar este foarte important sa intelegeti diferenta. Ah nu inseamna nimic in afara de faptul ca are legatura cu Voltajul. Wh este mult mai important deoarece influenteaza impreuna Voltajul si Ah si determina cat de departe ati putea sa mergeti cu un acumulator incarcat complet. 
 
Exemplu: 36V x 10 Ah = 360 Wh  //  48V x 10 Ah = 480 Wh
 
O trotineta poate rula cu ambele variante, atat 36V cat si 48V. Cu 48V va merge mai rapid atunci cand accelerati la maxim. Cu cat veti merge mai repede cu atat veti avea nevoie de mai multa energie.
 
Asadar, o baterie de 48V cu un plus de 120 Wh, in comparatie cu pachetul de 36V nu va da intotdeauna si o autonomie mai mare daca mergeti la viteza maxima. Dar, in general, cu cat mai multi Wh sunt disponibili cu atat mai multa autonomie veti obtine.
 
Ce inseamna toate acestea pentru voi? Cu doar putine informatii, puteti lua decizii de cumparare mai bine informati, decizii mai bune, fara a cumpara mai mult sau mai putin decat aveti nevoie.
 
Voltajul este ceea ce determina turatia maxima a motorului, daca acelasi motor are o anumita tensiune, se va intoarce la o anumita viteza, daca vom creste tensiunea acesta va fi mai rapid. Acestea fiind spuse, motoarele electrice sunt facute sa se invarta la o anumita viteza pentru o anumita aplicatie, determinata de constructia sa...o trotineta de 36V va merge mai rapid cu un acumulator de 48V (daca si restul componentelor sunt compatibile). Motorului in sine nu ii pasa de acest lucru, dar restul componentelor da.
 
Controllerul – pentru ca intreg ansamblul motor – baterie – controller sa functioneze perfect trebuie sa stiti cateva informatii despre controller. Dupa cum ii spune si numele, acesta controleaza puterea dintre baterie si motor pulsand on/off foarte repede (PWM – Pulse Width Modulation). De exemplu, sa zicem ca sunteti opriti pe loc si trageti de acceleratie la maxim, atunci controllerul va interveni si va stabili o limita a numarului maximi de Amperi disponibili in acel moment. De aceea este importanta bateria, pentru ca trebuie sa fie una suficient de puternica pentru a furniza amperii necesari ceruti de controller fara sa se supraincalzeasca, sa se inchida sau sa explodeze.
 
Speram ca acest articol sa va ajute sa intelegeti mai usor cum functioneaza motorul electric al unei trotinete sau scuter electric si sa va ajute sa obtineti intotdeauna toate informatiile necesare pentru a cumpara cel mai bun dispozitiv.