Li-NMC-O2, La prochaine, meilleure batterie de vélo électrique?

Allcell PCM block, which holds 18650-format cells.

Il y a une chimie de la batterie récemment mis en place que nous allons probablement voir souvent très bientôt. Lithium-nickel-manganèse-cobalt-oxyde, ou LiNiMnCoO2/NMC. Comme les fabricants de batteries asiatiques ont travaillé sur une gamme de produits chimiques de remplacement, un groupe de normes du fabricant a choisi le NMC abréviation de cette chimie (bien qu'un grossiste l'appelle obstinément NCM).

Les vélos électriques Nissan, Imara, Microvast, et Zero  utilisent maintenant NMC après de nombreux tests. Faisons un rapide retour en arrière afin de montrer comment la chimie de la batterie a évolué en seulement quelques décennies.

SLA-Acide de plomb. Batteries pour fauteuils roulants électriques à cycle profond. Personne ne pédale un fauteuil roulant, alors leur encombrement et le poids ne sont pas un problème, mais leur faible prix en font une batterie de choix pour les fauteuils roulants et scooters électriques pour personnes âgées. Pour un vélo, l'industrie était sur l'affût de quelque chose de mieux.

NiCd-Nickel Cadmium. Cette chimie est la moitié de la taille pour une puissance donnée par rapport à SLA. Mais il a un faible taux de C-(actuelle capacité de production) afin que toute personne qui a fait un paquet d'eux a été limitée à des amplis basses. Il n'y avait pas de gros emballages pour la vente. Les cyclistes électriques ont dû acheter des piles de lampe de poche rechargeables et souder ensemble un paquet d'une tension plus élevée, pour lesquels un chargeur non sur les étalages a pu être trouvé pour le recharger. En raison du faible prix des chargeurs SLA, les systèmes 36V et 48V NiCd étaient monnaie courante. Lorsque le prix du nickel a augmenté et le prix du lithium descendu, NiCd eu une mort rapide.  Même les perceuses sans fil ne les utilisent plus.

NiMH-Nickel Metal Hydride. Il s'agissait de la batterie de choix pour les applications militaires et  la première génération hybride de voiture Prius. Très fiable et stable, avec une longue durée de vie. Elle a une haute teneur en nickel, ce qui la rend cher maintenant (mais le nickel peut être recyclé). Avec un faible taux de C-, vous avez besoin d'une très grande batterie pour attirer du courant élevé. C'est peut-être pas un problème sur une voiture avec sa batterie énorme, mais sur un vélo, le plus petit paquet restreint l'utilisateur à une faible performance de tirage d'ampères.

LiFePO4-lithium phosphate de fer. C'était la première fois que la chimie lithium a vraiment décollée pour une utilisation dans les perceuses sans fil et les ordinateurs portables. La production de masse a fait baisser les prix, et les cyclistes de vélos électriques ont commencé à acheter les packs de perceuse sans fil et à les vider pour les cellules cylindriques, afin qu'ils puissent être reconfiguré à partir de 18V jusqu'à 48V. Le bas prix commun C-était d'environ 1C, si les constructeurs ont commencé à faire les packs de haute tension pour obtenir de meilleures performances sans insister sur le paquet en essayant de tirer des ampères élevés. LiFePO4 nécessite un système sophistiqué de Batterie-Management-System (BMS) pour rester en bonne santé.

Le C légèrement plus élevé de taux de 1.5C pour la nouvelle LiFePO4 (à partir A123) les garde populaires afin que vous n'ayez pas besoin d'un pack énorme pour obtenir les ampères assez adéquats. Pour obtenir un 22A en continu, vous n'avez besoin que d'une batterie de 15 Ah. Assez abordable et assez petite pour tenir dans un cadre de vélo.

An 18V cordless drill pack opened up to reveal 5 of the 18650 cells using LiFePO4. The Duracell battery is an AA for comparing the sizes.

Un pack de perceuse sans fil 18V a été ouverte pour révéler 5 des 18650 cellules utilisant LiFePO4. La pile Duracell est une AA pour la comparaison des tailles.

LiMn/LiMnO2-Lithium oxyde de manganèse. L'ajout de manganèse à la cathode rend cette chimie plus stable et moins sensible aux différents problèmes d'équilibrage de cellules. Si vous utilisez LiFePO4, et une cellule a commencé à perdre sa capacité ampère-heure, le reste de la meute se laissera entraîner vers le niveau le plus faible des cellules. Exiger des ampères élevés avec une cellule faible dans le pack rendrait la meute à s'user beaucoup plus tôt que ce qu'elle devrait. Avec LiMn, les packs semblent juste rester en équilibre, avec toutes les cellules individuelles vieillissant aussi.

Son faible taux de C-1C-veut dire que vous avez besoin d'un gros paquet si vous voulez plus ampères. Justin à ebikes.ca était un pionnier de LiMn pour ses vélos électriques parce que ses clients voulaient un produit sans problème et qui pourrait facilement durer longtemps. Les outils sans fil Makita utilisent LiMn, comme le font beaucoup d'ordinateurs portables. L'année dernière les vélos électriques Zéro ont utilisé LiMnO2, cette année ce sera NMC (qui se trouve ci-dessous).

LiPo Lithium Polymère, aussi appelé LiCo-Lithium Cobalt («polymère» signifie simplement que l'électrolyte est un gel, mais si vous magasinez pour SFR, le catalogue sera appellé souvent LiPo)

Vous avez pu lire récemment sur la "Bad Girl" de chimies de batterie. Son ridiculement  grand taux C- minimum de 20C (vous pouvez réellement les trouver avec un plus haut taux de C-que ça!) Signifie qu'il s'agit de la batterie de choix pour les coureurs électriques. Un système de chargement adéquat est cher, mais les batteries elles-mêmes étaient étonnamment pas cher et  provenant directement de Chine. Quelle est la mauvaise partie? En de rares occasions, ils pourraient prendre feu ...!?

Le haut taux de C- n'est pas la seule raison pourquoi la LiPo est adorée par la foule de haute performance, l'ajout de cobalt à la cathode signifie que plus de puissance pourrait tenir dans un petit paquet. Cette évolution s'explique par l'essor de modèles radio-contrôlés (RC) vers la fin des années 1990 (avions RC, voitures, hélicoptères, etc.) Lorsque ce marché élargi tout d'un coup, un passionné australien a démarré une entreprise afin de fournir des pièces RC à partir des usines en Chine. Hobby King.com était né. L'an dernier, en raison de la demande populaire, Hong Kong a ouvert des entrepôts aux États-Unis et en Allemagne.

Mike Cisler adjusts one of his planes at a Ypsilanti RC meet. Pic by Daniel Brenner

Mike Cisler ajuste l'un de ses avions à une rencontre RC Ypsilanti . Une photo de Daniel Brenner

RC moteurs et les batteries se sont éloignés de ce que les cyclistes électriques considéraient comme des tensions assez faibles (14V-22V), que amateurs de RC avaient besoin de maintenir les piles petites dans les avios RC compacts. Le nombre de vélos électriques en dehors de la Chine est faible par rapport au nombre global de produits de  RC . Les gens qui ne feraient jamais de bicyclette en toute circonstance pourraient avoir plusieurs modèles RC coûteux. Comme les composants RC ont été conçus pour utiliser des tensions plus faibles, les utilisateurs ont peaufiné leurs systèmes pour attirer plus d'ampères pour une meilleure performance. Les acheteurs  de RC ne se soucient pas de feu occasionnels (un événement rare), ils voulaient des batteries à ampères élevés.

Les racines de RC LiPo sont le pourquoi ils sont le plus souvent vendus en paquets de feuilles plates carrées sans les capots de protection. Les protecteurs durs de cellules cylindriques vont prendre trop de volume à l'intérieur d'un modèle RC (espace entre les cylindres), et les constructeurs RC sont libre d'ajouter autant ou aussi peu de feuilles plates au boîtier de protection.

C'est aussi pourquoi les communs et abordables chargeurs intelligents RC sont alimentés par une source d'alimentation CC séparée. De nombreux amateurs de RC passent une journée de congé dans un parc, et font voler un avion RC, ils ont plusieurs autres batteries qui sont dans leur système de charge 12V de voiture.

6S LiPo pack with the cover removed, showing the flat foil-packs

Pack LiPo 6S / 22V avec le couvercle enlevé, montrant les Six feuilles plates .En tant que petite note, le feu de la batterie Dreamliner du Boeing 777 utilisait LiCo. Ils voulaient une batterie qui était aussi légère que possible, et la plus compacte possible. Je ne suis pas un ingénieur, mais je suis d'accord avec la déclaration faite par "Tesla" constructeur d'automobile électrique  Elon Musk, quand il a dit qu'il y avait une isolation thermique insuffisante entre chaque cellule. 'Lisolation de cellule individuelle serait mieux pour éviter une mauvaise cellule chauffante de chauffer les cellules environnantes. C'est ce qui a conduit à un effet domino. Les voitures Tesla ont un système de refroidissement cellulaire et l'ordinateur de bord permet de détecter et de couper n'importe quelle cellule-groupe qui surchauffe.

Alors ... il ya un an, vous pouviez avoir la sécurité, mais un faible taux de C-LiMn/LiFePO4 ... ou, le sexy mais des dangereuse piles LiPo / LiCo 20C +.

Nickel Cobalt Oxyde de Manganèse NMC/LiNiMnCoO2/Li-NMC-O2-Lithium

Les fabricants de batteries se poursuivent la recherche pour les développements dans des dizaines de types de batteries, et un il y aquelques années, une grande amélioration pour LiPo / LiCo chimiques a commencé à être produite. Une cathode haute Cobalt (SFR) fournit une densité de puissance très bonne, mais comment pouvons-nous la rendre plus stable et fiable? Voici une citation de batteryuniversity.com

"Le secret de NMC réside dans la combinaison de nickel et de manganèse. Une analogie de ce sel de table, dont les principaux ingrédients de sodium et de chlorure sont toxiques par eux-mêmes, mais leur sert de mélange d'assaisonnement de sel et conservateur alimentaire. Nickel est connue pour sa grande énergie spécifique, mais a une faible stabilité; manganèse a l'avantage de former une structure spinelle pour obtenir de très faibles résistances interne, mais offre une faible consommation d'énergie spécifique.

Combiner les métaux fait ressortir le meilleur de chacun. NMC est la batterie de choix pour les outils électriques et des groupes motopropulseurs pour véhicules. La combinaison d'un tiers de cathode de nickel, un tiers de manganèse et un tiers de cobalt offre un mélange unique qui réduit également le coût des matières premières en raison de la teneur en cobalt réduite "

Certains des vendeurs NMC font la publicité de leur chimie 5C, mais les bâtisseurs de vélos électriques bâtisseurs appellent NMC un solide chimie 1.5C fiable, qui peut fournir un 22A en continu à partir d'un prix abordable et compact de 15 Ah de la batterie (le pic ampli tire temporaire peut être plus élevé, car il est l'une de ces chimies). Cela peut seulement être aussi bon que le LiFePO4 plus récent, mais NMC est plus petit, et n'est pas aussi pointilleux sur le maintien des cellules individuelles équilibrées.

Vous pouvez effectivement acheter un pack NMC de vélo électrique  en ce moment, mais il reste à voir quel détaillant se révélera être le plus fiable. Un pack NMC sera environ 25% plus petit et plus léger que son équivalent en pack  LiFePO4/LiMnO2. Les nombreux essais effectués par Zero, Tesla, et Nissan nous donnent  beaucoup de confiance dans l'utilisation efficace de la sécurité et NMC au cours de l'année prochaine ...

Quelque chose de remarquable, c'est que "AllCell" utilise un bloc composé de graphite/cire  à changement-matériel de phase (PCM) en utilisant une formule brevetée. Si une seule cellule se met soudainement à chauffer, la chaleur est immédiatement répartie entre les blocs PCM, ce qui empêcherait un événement d'emballement thermique. Selon un récent communiqué de presse:

"... La cire est micro-encapsulé à l'intérieur de la matrice de graphite. Lorsque la cire fond, il y a suffisamment de tension de surface entre la cire et une matrice de graphite pour qu'il ne fuit pas. Vous pouvez chauffer le matériau à 300 ° C (570f), et il deviendra assez doux pour une empreinte de pouce, mais il restera solide ... "

Allcell PCM block, which holds 18650-format cells.

Battery suppliers

 

batterysupplies.be
yuasaeurope.com
energy.sourceguides.com
kellysearch.com
herehydro.weebly.com

Qu'est-ce qui suit?

Si vous êtes excité à propos de cette amélioration de la chimie de la batterie, (NCM est 25% plus petit / plus léger et 50% plus élevé que C-LiFePO4/LiMnO2 la moyenne disponible), vous pouvez aussi poser la question ... Quelle chimie est la prochaine?

Eh bien,  ici à Bikelec.fr sommes heureux que vous posiez la question! Dès ce mois-ci, personne ne vend de paquets remplis avec la nouvelle chimie NCA au public, mais la cellule cylindrique qui sera la vedette suivante est ...

NCA / LiNiCoAl-Lithium Cobalt Nickel Aluminium (parfois appelé RCN) L'industrie de recherche de la chimie de la batterie est toujours atirée par les ventes énorme au niveau mondial d'ordinateurs portables, téléphones cellulaires, et les outils sans fil. La production de masse a fait le format 18650 le meilleur coût par volume cellulaire. Le nombre 18650 signifie qu'il est de 18mm de diamètre, 65mm de long, et le zéro signifie qu'il est un cylindre au lieu d'un paquet de feuille plate. (le 18650 est à peu près la taille d'un pouce d'un adulte mâle)

Panasonic et Samsung sont les seuls fabricants que je connais qui produisent cette chimie (plusieurs autres fabricants achètent ceux-ci et les ré-étiquette comme la leur). Depuis que vous auriez à acheter les cellules nues pour souder ensemble votre propre pack, je ne l'aurais pas mentionné encore, mais ... le vendeur EBAY supowerbattery111 vend ceux-ci, et ... il va aussi professionnellement souder les cellules groupes pour une somme modique, ce qui réduit vos efforts de consolidation de paquet à environ 1/10e de ce qu'il en aurait  couté. Son activité principale semble être la remise à neuf de batteries sans fil d'outils qui sont usées.

Spot-welded tabs on 18650 cells. This is a 1S/4P group.

Soudée par onglets sur 18650 cellules. Ceci est un groupe 1S/4P.

Cependant, vous voulez configurer la série et groupes parallèles, et si vous voulez une forme de triangle (pour tenir dans le cadre du vélo) ou un simple rectangle, ce qui est complètement à vous.

Soyez conscient que la chimie NCA peut être faite dans une version haute et basse d'ampères. En ayant une seule 3100-mAh cellule à l'intérieur du cylindre, le volume intérieur est maximisée (bon pour les ordinateurs portables et les perceuses sans fil en offrant la plus longue durée d'exécution). Mais ... en plaçant un couple de cellules à l'intérieur du cylindre avec un montage en parallèle, le volume interne est réduit à 2900-mAh, mais la capacité de production d'Ampère est doublé, avec la chimie NCA étant annoncés comme pouvant atteindre 10A par cellule, qui est à peu près un taux de C-3C en continu.

Une cellule qui fournit près d'un «monde réel» de 2,5 Ah par 18650 cellules est assez impressionnant, et la capacité productrice 3C de courant est parfaite pour les  vélos électriques (un paquet de 15 Ah peut fournir un 45A en continu, et notre pouvoir favori niveau de 30A peut être fourni par un très petit paquet de 8-Ah). Si vous connaissez une personne qui construit un pack de celles-ci, s'il vous plaît contactez-nous, car nous sommes très curieux de découvrir  les forces ou les faiblesses qu'ils peuvent avoir. Si vous magasinez pour acheter ceux-ci, assurez-vous d'obtenir ces numéros de pièces spécifiques, car les références similaires auront seulement la moitié du taux C-.

Panasonic, RCN 18650 PD, 2900 mAh

Samsung, INR 18650 29E, 2900 mAh

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