Lo que tienes que saber sobre la batería de la bicicleta electrica

La batería es una de las partes màs caras de la bicicleta eléctrica. Por una cuestión de coste inicial, el ciclista de E-Bike se arriesga a invertir en una batería con la capacidad limitada para luego luchar con la autonomía. Hay que pedalear, anticipar, frenar lo menos posible y no forzar demasiado la batería para estar seguro de llegar al final del viaje. La mayoría de las veces no hay un vatímetro instalado y el piloto no ve la información que permitiría gestionar la energía de la batería.

En cualquier caso, á la hora de adquirir una batería para la bicicleta, el objetivo debería ser hacer una inversión a largo plazo, más que intentar minimizar el gasto a la hora de adquirir nuestra E-bike. En las siguientes líneas expondremos una serie de datos con la finalidad de ayudarte a la hora de elegir la bateria para tu bicicleta eléctrica.  

Tierras raras: el arma de China

Hoy en día, China extrae y refina el 90% de las tierras raras. Esta actividad es particularmente dañina para el medio ambiente pero al parecer es un tema que no preocupa a China, ya que cuenta con un crecimiento anual del 20% y  120 mil millones de dólares, que no se puede rechazar. Con estas tierras raras, las empresas chinas o empresas conjuntas (Sanyo, Panasonic, etc.) están produciendo células para alimentar teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, sillas de ruedas, automóviles y motocicletas eléctricas, sin mencionar las baterias de las bicicletas electricas. El mercado es tan importante desde un punto de vista estratégico que se ha convertido en un elemento de la política exterior china. Así, Estados Unidos que importa de China el 80% de las tierras raras que necesita ya ha sido amenazado con un embargo en la guerra comercial que mantiene con el gigante asiático.

BATERIA BICICLETA ELECTRICA PLEGABLE
Extración de carbonato de litio.

De tierras raras a células

Una batería está formada por celdas que sumándolas en serie y en paralelo, se obtiene el voltaje deseado. Volveremos a la química más tarde, solo debes saber que:

  • En la tecnología Li-Ion y LiPo, cada celda tiene un voltaje nominal de 3,7 V y el voltaje máximo es de 4,2 V. Una batería de 48 V generalmente se compone de 13 celdas, una vez cargada, el voltaje máximo es 13 * 4.2V o 54.6V
  • En la tecnología LiFePO4, cada celda tiene un voltaje nominal de 3.2V y el voltaje máximo es 3.65V. Una batería de 48 V generalmente se compone de 16 celdas y cuando la batería está cargada, el voltaje máximo es de 16 * 3.65V o 58.4V

A continuación se muestra un diagrama que representa una batería compuesta por 13 celdas de voltaje nominal de 3.7V. Suponiendo que la capacidad de cada celda es de 10 Ah, para obtener una batería de 48 V y 20 Ah se necesitan 13 * 2 o 26 celdas (además de un BMS, ver más abajo):

Batería y BMS

 

La conexión en serie de las celdas se identifica con la letra S. En la batería de 10Ah compuesta por 13 celdas, se dice que es una 13S1P, el “1P” indica 1 paralelo. En el caso de nuestra batería de 20Ah con dos grupos de 13 celdas, estamos hablando de 13S2P: dos veces trece celdas.

Sistema electrónico de gestión de la batería

Las celdas de la batería y el sistema de gestión de la misma son muy frágiles y por ello deben respetar estrictamente ciertas reglas: que no exceda el voltaje máximo de 4.2 voltios y no baje del mínimo. Para ello, una tarjeta electrónica gestiona:

  • El corte alto y bajo,
  • La intensidad de carga y descarga
  • Los parámetros de equilibrio celular
  • En algunos modelos, la temperatura y otros parámetros

Las celdas y el sistema electrónico de gestión, determinan la capacidad de salida: una batería que entrega 20Ah, entrega 1 capacidad (C). Si la batería puede producir 40 Ah, entonces tiene una capacidad de 2C: el consumo de corriente es más fuerte, pero el tiempo durante el cual se suministra la corriente se reduce a la mitad. El sistema de gestión de la batería está dimensionado para la capacidad de salida.

En cuanto a la capacidad, es importante comprender la correspondencia entre la potencia demandada (por el controlador) y la capacidad de la batería. Si el controlador tiene 28 Ah y la batería es de 15 Ah solo puede generar 20 Ah, entonces su configuración no es correcta.

El sistema de gestión de la bateria asociado con las celdas define la tasa de descarga. Por ejemplo :

  • Tasa C de descarga continua máxima: 30 amperios / significa que la batería puede entregar 30 amperios continuamente.
  • Corriente de descarga máxima: 60 amperios / significa que la batería puede entregar 60 amperios durante unos segundos
sistema gestion bateria bicicleta electrica
Sistema de gestion electronica de batería

Las diferentes tecnologías de funcionamiento de la batería de bicicleta electrica

Actualmente todas las baterías de bicicletas eléctricas están formadas por varias celdas idénticas, ya que las baterías de plomo-ácido ya no se utilizan para bicicletas. Sin embargo, hoy en día existen tres diferentes tecnologías con las que funcianan las baterías de las e-bike, pero no son siempre fáciles de identificar. Y es que Europa y China no usan la misma terminología.

  • En China, LiMnO4 y Li-NiCoMnO2 se denominan “Li-ion”.
  • En Europe no se distingue :
    • – Li-Ion para iones Li + y un electrolito líquido en una envoltura sólida,
    • – Li-Po para un polímero sólido que permite una envoltura flexible fácilmente identificable
    • – LiFePO4: fosfato de litio fer

Hay que advertir que las dos primeras tecnologías tienen celdas de 4.2 voltios como maximo. Y la tercera tecnologia mencionada tiene celdas de 3.65 voltios como maximo. Por lo tanto, nunca use un cargador destinado a una tecnología para otra tecnología. Por ejemplo, en 48 V, el Li-PO se carga a 54,6 V y el LiFePO4 a 58,6 V.

Bateria para bicicletas electricas Bosch

Numero de ciclos de la batería de e-bike

Una información importante a tener en cuenta sobre la bateria  es el número de ciclos, es decir la cantidad de veces que podremos recargar nuestra batería. Hay que tener en cuenta que por lo general, las cifras que nos proporcionan son optimistas.
 
De hecho, a menudo el número de ciclos corresponde a una descarga a 1C *, a una descarga al 50% o al 80% de la batería, a una temperatura de 20 o 25 ° C.  Sin embargo la realidad es muy diferente,  ya que los 25 ° suele ser frecuentes en verano, pero no para el resto del año. Hay que tener en cuenta que el número de ciclos está fuertemente determinado por la química de la bateria, como podemos leer a continuación.
 

* C se utiliza para estimar el tiempo de carga y descarga. Cuando se descarga una batería en una hora, la descarga es 1C. Si usamos una batería de 10Ah y consumimos continuamente 20A (independientemente de la duración), entonces la estamos descargando en 2C. También funciona para cargar. Una batería de 10 Ah que se carga con un cargador de 5 Ah se carga a 0,5 ° C. 

 
A continuación se muestra un gráfico que compara las diferentes tecnologias de las baterias:

 

 Li-IonLiFePO4
Precio indicativo * 48V 15Ah299$409$ (+37%)
Nombre de cycles8002000 (+150%)
Peso4,3 kg6Kg (+40%) **
Protection VMax en volts54.658.4 (+7%)***
Protección VMin en voltios35.7532
  • El precio indicativo es para una batería comprada en China, sin impuestos de transporte ni de importación. 

** El  porcentaje de peso es bastante variable, de 7 a 8 kg para una 20Ah, pero dependiendo de las baterías podemos llegar a 10 u 11 kg para una batería de 48V 20Ah para LiFePO4

*** Una batería de mayor voltaje funcionará más rápido. Empíricamente 48 V = 48 km / h, ¡pero depende del bobinado del motor!

Hay que hacer algunas observaciones:

  • El precio inicial de la batería es favorable al Li-Ion pero el coste operativo es favorable al LiFePO4. Un cálculo empírico (15.000 km para un Li-Ion de 20 Ah a 450 € y 30.000 km para un LiFePO4 a 500 € da un coste operativo de 3 € por 100 km para el primero y 1,67 para el segundo.
  • La densidad de energía es favorable al Li-Ion, esto significa que el Li-Ion pesa menos y puede ser decisivo dependiendo a que tipo de batería se vaya a aplicar. 

Autonomia y capacidad de la batería de bicicleta electrica

Dado que una batería es cara, a la hora de adquirir una bicicleta eléctrica se suele intentar ahorrar minimizando las prestaciones de la misma. Esto es un error porque:

  • Una batería nunca debe agotarse a más del 80% de su capacidad para preservar su número de ciclos
  • Al llevar la bicicleta a  0 ° consumimos un 30% más de batería (porque aumenta la resistencia interna)
  • Cuando sopla el viento, el consumo de batería se dispara. 

Esto quiere decir que si piensas que con una batería de 10Ah es suficiente para tus trayectos, lo aconsejable es adquirir una de de 15Ah.

Como vimos arriba, lo ideal es adapatar el controlador y la batería: un controlador de 20 A combinará perfectamente con una batería que entrega 20 A y más continuamente.

Recargas, mantenimiento, almacenamiento de la batería

Los siguientes puntos son recomendaciones  para un buen mantenimiento de la batería:

  • Cuando empezaron a fabricarse los primeros teléfonos celulares con baterías de NiCd, debido al efecto memoria de la química de las sus baterias,  se aconsejaba descargarla «completamente» para evitar  el efecto memoria. Esta idea ha quedado en la memoria colectiva y muchas personas quieren aplicarla a la química Li-Ion o LiFePO4 de las baterías de bicicletas actuales. Ello es un error terriblemente perjudicial ya que hay que evitar descargas profundas.
  • Si la batería es del tipo Li-Ion, hay que tener en cuenta que cada celda no debe caer por debajo de 3,2 V. Así para una batería que tiene 13 celdas, no debe bajar de 41,6 V, incluso si el sistema electronico de gestion de la bateria o controlador tienen cortes de descargas más bajos
  • Además del punto anterior, hay que tener en cuenta que el sistema de gestión electrónico de batería utiliza la energía de la batería para funcionar y que las celdas tienden a auto descargarse. Por ello hay que  recargar la batería con la mayor frecuencia posible
  • No hay forma de mantener la batería (no se puede “cambiar el filtro de aceite” o “reponer la presión”) excepto cuidando las celdas: alto y bajo voltaje, sin descargas profundas . Sin embargo, dado que las celdas tienden a auto descargarse, debe recargar la batería al menos una vez al mes para conservarla adecuadamente.
  • Debes tener en cuenta que  la tendencia a la autodescarga de la bateria de bicicleta electrica es menor con las bajas temperaturas  y por ello, en la medida de lo posible, hay que almacenar en el ambiente más frio posible.