Zgradba litij-ionskih baterije električnega kolesa

Kot smo že v enem izmed predhodnih prispevkov o vrstah baterij omenili, je najpogostejša vrsta baterije, ki se uporablja za pogon električnih kolesih, litij-ionska baterija. Priljubljene so predvsem zaradi visoke energijske gostote, visoke napetosti, nizke teže, dolge življenjske dobe, sposobnosti hitrega polnjenja in nizke stopnje samopraznjenja. Zaradi svojih karakteristik jih uporabljajo tudi za napajanje prenosnih računalnikov, pametnih telefonov in drugih elektronskih naprav, ki zahtevajo zanesljivo in zmogljivo shranjevanje energije

Baterije električnih koles so sestavljene iz več litij-ionskih celic, ki so osnovni gradniki in nosilci električne energije. Delovanje električnih naprav je močno odvisno prav od lastnosti baterijskih celic. Njihova oblika je odvisna od modela porazdelitve temperature in prenosa toplote. Delimo jih na cilindrične celice (v obliki valjev), ploščate celice (podobne tistim v vašem telefonu) in celice prizmatične oblike.

Litij-ionske celice deluje na osnovi prenosa litijevih ionov, sestavljene pa so iz štirih glavnih komponent: katode (pozitivni elektrodni material), anode (negativni elektrodni material), elektrolita in separatorja.

ANODA – negativna elektroda je običajno iz grafita (kovinski oksid), ki med polnjenjem in praznjenjem baterije. sprejema in sprošča litijeve ione Med polnjenjem se litijevi ioni deponirajo na površini negativne elektrode.

KATODA – pozitivna elektroda je običajno izdelana iz litij-kobalt-dioksida (LiCoO2), litij-nikel-mangan-kobalt-oksidov (LiNiMnCoO2) ali drugih litijevih spojin. Med procesom praznjenja baterije se litijevi ioni sprostijo na pozitivni elektrodi.

ELEKTROLIT je običajno organska tekočina ali gel, ki vsebuje litijevo sol. Elektrolit omogoča prenos litijevih ionov med pozitivno in negativno elektrodo med polnjenjem in praznjenjem baterije.

SEPARATOR – ločilni material vgrajen med pozitivno in negativno elektrodo, da prepreči neposreden stik med njima. Običajno je iz porozne polimerne folije, ki omogoča obojestransko izmenjavo litijevih ionov med katodo in anodo.

TOKOVNI ZBIRALNIKI – prevodne folije na vsaki elektrodi baterije, ki so povezane s sponkami celice. Sponke celice prenašajo električni tok med baterijo in virom energije.

V litij-ionski bateriji se litijevi ioni (Li+) premikajo med katodo in anodo. V zunanjem vezju se tok elektronov giblje v nasprotni smeri. Ta selitev ustvarja električni tok ,ki napaja napravo. Med praznjenjem anoda sprošča litijeve ione na katodo, med polnjenjem se zgodi nasprotno: litijeve ione sprosti katoda, sprejme pa jih anoda.

Vsaka baterija mora zagotoviti zadosten pretok energije do uporabnika, ki ga napaja. Zato so celice so med seboj zaporedno ali vzporedno vezane (odvisno od napetosti in zmogljivosti baterije) v baterijski modul.

Življenjska doba litij-ionskih baterij je lahko sorazmerno dolga, če deluje v okviru določenih omejitev. Za to skrbi BMS (Battery Monitoring System) – elektronski nadzorno varnostni sistem baterije, ki stalno spremljanje stanje baterije, nadzira njeno polnjenje in praznjenje ter ščiti baterijo pred pregrevanjem, prenapetostjo in prenizko napetostjo. Glavna funkcija BMS je zagotavljanje varnega in učinkovitega delovanja baterije ter optimizacija njenega delovanja. Zagotavlja komunikacijo med baterijo in ostalimi komponentami električnega kolesa, ohranja temperaturo baterije v želenem območju in veruje celice pred morebitnim trajnostnimi poškodbami. V primeru okvare ali nepravilnosti lahko sproži tudi opozorilne signale ali celo prekine napajanje ali delovanje baterije.

Ohišje baterije zagotavlja zaščito celic baterije pred zunanjimi vplivi, kot so udarci, vlaga in prah. Največkrat je izdelano iz trpežnih materialov, kot so plastika ali kovina, in je prilagojeno specifičnemu modelu električnega kolesa.

Polnilnik je naprava, ki se uporablja za polnjenje baterije. Polnilnik se običajno poveže z električnim omrežjem in pretvori električno energijo v primerno obliko za polnjenje baterije.

Priključek za polnjenje je vmesnik, ki omogoča povezavo med baterijo in polnilnikom. Priključek za polnjenje je običajno standardiziran, da omogoča enostavno povezovanje s polnilnikom.

Moduli so nato združeni v končno baterijsko enoto, ki jo namestimo na kolo. Pravilna uporaba in skrb za baterijo lahko prispevata k daljši življenjski dobi in optimalnemu delovanju električnega kolesa.