Batteriet – drivlinans energikälla
Batteripaketet är fordonets ”bränsletank” och lagrar all energi som behövs för att driva motorn.
Cellkemi
Litiumjon dominerar moderna elfordon tack vare mycket hög energitäthet, låg vikt, och god cykellivslängd. Typiska pack håller 5–6 år vid rimlig användning. Variationer som NMC och LFP har olika styrkor (energitäthet vs. livslängd/stabilitet), men båda fungerar väl i tvåhjuliga elfordon.
Blyackumulator (bly) användes förr men är tungt och har låg energitäthet – ett modernt litiumpack kan väga så lite som 10% av ett litiumpack med samma mängd energi.
Nickel-metallhydridbatteri (NiMH) förekommer sällan idag för drivlinor; de har bättre energitäthet än bly men sämre än litium och högre självurladdning. För högprestanda/DIY är litium det praktiska valet.
Litiumpolymer (LiPo) erbjuder ofta ännu högre energitäthet och lägre intern resistans än många andra litiumkemi‑varianter, vilket ger höga strömmar och låg spänningsfall under last – men med högre brandrisk och krav på noggrann hantering (laddning, mekaniskt skydd, temperatur).
Intern resistans (r) är battericellens inre motstånd. Den orsakar spänningsfall under last enligt Uterm = Uoc − I·r och förluster som värme enligt Pförlust = I²·r. Låg r ger mindre värme och högre tillgänglig effekt.
- LiPo: Mycket hög energitäthet, låg intern resistans (hög strömkapacitet), men högre brandrisk och hårdare krav på hantering.
- Litiumjon: Hög energitäthet, låg vikt, bra cykellivslängd.
- NiMH: Medel energitäthet, högre självurladdning, sällsynt i drivlinor.
- Bly: Låg energitäthet, tungt, kortare cykelliv, används främst för start av förbränningsmotorer.
Batteristruktur och BMS
Ett batteripack byggs av många mindre celler – ofta cylindriska vad som brukar kallas 18650-celler eller 21700-celler (typiskt 18 mm x 65 mm eller 21 mm x 70 mm) – som kopplas i serie (S) för att öka spänningen och i parallell (P) för att öka kapacitet/strömförmåga. Exempel: 20S x 4P betyder 20 cellgrupper i serie med 4 parallellt i varje grupp.
Ett BMS (Battery Management System) är obligatoriskt i seriekopplade litiumpack. BMS:en övervakar varje seriecellgrupp, begränsar ladd-/urladdningsströmmar, skyddar mot över- och underspänning samt balanserar cellerna så att alla seriecellgrupper ligger på liknande spänning. Utan balansering riskerar pack att tappa kapacitet oich skadas över tid, vilket i värsta fall kan leda till brand eller explosion.
Spänning, kapacitet och ström
Energimängd mäts i Wh = U × Ah. Exempel: 72 V × 8 Ah = 576 Wh motsvarar exakt 36 V × 16 Ah = 576 Wh . De flesta elcykelbatterier rymmer cirka 250–600 Wh . Gbike‑paketet (~72 V × 8 Ah) ligger nära 600 Wh , vilket ger rejäl räckvidd även i ett kraftfullt fordon.
Fun fact: 600 Wh vs bensin
I ren energimängd motsvarar 600 Wh bara cirka 0,065 liter (6,5 cl) bensin!
Men här kommer magin: En förbränningsmotors verkningsgrad är bara ~20–25%(resten blir värme och ljud), medan en elmotor når ~85–90% verkningsgrad! Det innebär att 600 Wh elektrisk energi kan göra bra mycket mer arbete i ett elfordon än 0,065 liter bensin i en förbränningsmotor, trots att det är samma energimängd.
Tack vare eldrivlinans höga effektivitet kommer vi alltså 3–4 gånger längre per energienhet – därför räcker 600 Wh till flera mil körning trots den "lilla" energimängden!
För tekniskt intresserade: under last sjunker terminalspänningen på grund av intern resistans (r) i celler och kablage. En enkel modell är Uterm = Uoc − I·r, där Uoc är öppen‑kretsspänning. Uteffekten kan approximeras som Put ≈ Uterm·I medan förlusteffekten i batteriet är Pförlust = I²·r . Högre U för samma effekt ger lägre I ⇒ mindre spänningsfall och lägre förluster.
Parallellkoppling (fler celler i P ) sänker den effektiva interna resistansen (ungefär r/P), vilket minskar spänningsfall och värmeutveckling vid höga strömmar. Seriekoppling (högre S ) höjer U så att samma effekt kan levereras vid lägre I . Båda strategierna används för att nå önskad balans mellan effekt, värme och räckvidd.
Notera
En högre systemspänning ( U ) tillåter hög effekt utan orimliga strömmar. Samtidigt är 72 V tillräckligt lågt för att beröring normalt inte känns (möjligen ett lätt kittlande om fingrarna är väldigt svettiga).
GBIKE 1: 20S 72 V litiumjonbatteri
20S (20 grupper i serie) ger nominellt ~72 V och fulladdat ~84 V. Den högre spänningen är ovanlig i vanliga elcyklar (24–48 V), men är nyckeln till högre effekt. Hög spänning ger mer fysisk effekt vid samma ström – eller låter dig hålla nere strömmen för en given effekt.
Vårt batteri kan leverera upp till 80 A. Teoretiskt finns då 72 V × 80 A ≈ 5760 W(~5,8 kW) att tillgå. I verkligheten faller spänningen något vid gaspådrag på grund av packets interna resistans, men produkten spänning × ström ger en bra fingervisning. Komponenterna är dimensionerade för detta: kraftiga ledningar och kontakter som tål strömmen, och en BMS som ser till att strömuttaget inte överstiger säkra nivåer.