Motori a 36 o 48V? Differenze?

kilowatt

Ebiker celestialis
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Cube Stereo Hybrid 120 One 500 2018
Leggo di tante ebike con motori (e ovviamente batterie e sistemi) a 36V. Mentre altre come la Rocky Mountain e Haibike Flyon sono a 48V. Non capendoci 'na mazza, lancio questo thread. Quale è meglio, più efficiente, consuma meno... ?
 
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ghepüangor

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teoricamente, più alta è la tensione (Volt), più bassa sarà la corrente a parità di potenza erogata.
Il motore gira ad una velocità maggiore, originando meno coppia e assorbendo meno corrente. Quindi con un rendimento maggiore (meno corrente=meno perdite per effetto Joule)

Nella pratica, il fattore limitante nell'alzare la tensione sono le batterie: la cella elementare di una batteria sono 1,2-1,4V (dipende dalla tecnologia). Per ottenere la tensione finale di 36V devo metterne in serie 30, oppure 40 per ottenere i 48V.

Il problema è che le celle non sono mai tutte uguali.
In una ipotetica batteria a 1,2V, dove tutte le celle sono in parallelo, durante la scarica in ogni cella passa solo la corrente che essa stessa genera. Se una cella si danneggia, semplicemente smette di contribuire alla corrente totale.
Invece, durante la scarica in serie, la corrente passa attraverso a tutte ed un'eventuale cella difettosa si vede attraversare dalla corrente prodotta dalle altre, danneggiandosi ulteriormente.
In fase di carica, usando appositi sistemi, è possibile "ribilanciare" queste celle, ma alla scarica successiva il processo continua.
A parità di energia (Wh) totale, più aumento la tensione, più celle avrò in serie piuttosto che in parallelo.
Ad esempio: batteria da 100Wh totali, costituita da 100 celle da 1 Wh e 1,2V.
Posso avere una batteria da:
1,2V con 100 celle in parallelo
12V con 10 gruppi in parallelo di 10 celle in serie ciascuno
120V con 1 gruppo di 100 celle in serie.

Per cui, ricapitolando, aumentando la tensione posso avere prestazioni maggiori, con una tensione più bassa, invece, ho una migliore gestione della batteria.
A seconda di quale sia la priorità, si sceglie una o l'altra via.

Nelle auto elettriche ad alte prestazioni si è arrivati a pacchi batteria da 500V, che comunque fanno circolare correnti dell'ordine dei 1000A per ottenere i 500kW delle Tesla.
 

kilowatt

Ebiker celestialis
25 Marzo 2018
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Bici
Cube Stereo Hybrid 120 One 500 2018
Ma quindi per una batteria a 48v ci vogliono più celle? Quindi a parità di w (poniamo 630) pesano di più le 48V? Ed è per quello che hai detto che chi monta motori più "potenti" cioè sopra 100nm, li fa a 48v?
 
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ghepüangor

Guest
no, a parità di Wh il numero delle celle è (circa, questione di arrotondamenti) uguale, cambia solo come sono collegate tra loro.

Dal punto di vista delle prestazioni, una tensione più elevato ha solo vantaggi: consente di avere una maggiore potenza a parità di corrente erogata, responsabile del riscaldamento, oppure anche per ottenere una maggiore corrente (=coppia) dallo stesso motore.
Se un motore ha una resistenza interna (data, a motore fermo, dalla resistenza elettrica dei fili) di 10Ohm, una batteria da 36V potrà farci passare al massimo 3,6A, per un totale di circa 130W. Con lo stesso motore, una batteria da 48V produrrà una corrente da 4,8V, per un totale di 230W.

Il problema sono, invece, le batterie: più celle metto in serie, più "delicata" diventa la gestione della batteria stessa.
 

kilowatt

Ebiker celestialis
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Cube Stereo Hybrid 120 One 500 2018
Più o meno credo d'aver capito. Non ho mai letto di problemi alle batterie di Rocky Mountain (non so chi altri oltre a Flyon e Spitzing/Tq faccia sistemi a 48V). Ne deduco che la gestione delle batterie a 48V anche se più delicata come dici è matura? E allora perché anche altri non adottabo il 48V?
 
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ghepüangor

Guest
considera che non è che passare da 30 a 40 celle in serie, queste scoppino o si devastino....facendo un'analisi scientifica su un certo numero di batterie, che so 50, tutte impiegate nello stesso modo, statisticamente probabilmente si vedrebbe bene la differenza.
Su piccoli numeri e con variazioni di condizioni d'uso che possono superare ampiamente la differenza di resa della batteria, è impossibile rilevare nulla di sensato.

La ragione per fare batterie da 36 piuttosto che da 48 è un mix di costi (l'elettronica che le governa deve "bilanciare" un numero maggiore di celle, l'elettronica di controllo deve lavorare a 48V invece di 36), marketing, margini da tenersi per sviluppi futuri a costo zero (i produttori di prodotti tecnologici, come le macchine fotografiche o i telefonini, sono MAESTRI in questo).
 

8Grunf

Ebiker grandiosus
17 Settembre 2016
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Leggo di tante ebike con motori (e ovviamente batterie e sistemi) a 36V. Mentre altre come la Rocky Mountain e Haibike Flyon sono a 48V. Non capendoci 'na mazza, lancio questo thread. Quale è meglio, più efficiente, consuma meno... ?

Confronto diretto tra un Yamaha Pw-x alimentato a 36V ed un Bafang M500 a 48v: stesso ciclista, stessi rapporti, massimo livello di assistenza, medesimo percorso ST con lunghi tratti ripidi e tecnici: Yamaha vince a mani basse in termini di prestazioni, consumo ed affidabilità..per "affidabilità" mi si passi il termine intendo trascurabile surriscaldamento, a differenza del cinese.
Altra prova: salita su asfalto 8/10% con bassi livelli di assistenza ergo guida tranquilla: consumi equiparabili e nessuna tendenza al surriscaldamento per quello da 48v
Se a fare un motore centrale per emtb sono bravi tutti, a farlo bene mi sa che non sono in tanti e non è una questione di tensione. :cool:

Edit:

La tensione che alimenta l'elettronica di controllo su entrambi è di 5v
 
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ghepüangor

Guest
Motorizzare un mezzo con un motore elettrico senza avere grosse pretese o vincoli o per usi brevi, è quanto di più banale possa esistere....ci piazzi un motore, magari anche diretto sulle ruote, poi al resto ci pensa la fisica: avrà spunto in partenza, velocità...tutto senza preoccuparsi di rapporti di trasmissione, frizioni e altre complessità necessarie ai motori endotermici.
Alla peggio si scalda il motore, i fili, l'elettronica e la batteria...ci metti qualche aletta e ventola e sei a posto.

Ma fare un sistema che funzioni e usi l'energia in modo OTTIMALE non è così banale come spesso la teoria dell'elettricità vorrebbe far credere.

A livello teorico, due motori A e B che eroghino entrambi 100W per 1 ora, assorbono 100W e consumano entrambi 100Wh....in realtà, se A assorbe 50A per 2V e B assorbe 25A per 4V, B alla fine consumerà di meno...anche molto di meno in certi casi.
Perchè i 50A di A produrranno perdite per calore 4 volte più elevate dei 25A di B...in pratica, la batteria di A dovrà erogare ad esempio 2,5V e 50A, per fare giungere al motore 2V e 50A: dovrà erogare 125W per farne arrivare 100 al motore, sprecando 25W in calore.

Inoltre, la maggiore erogazione di corrente scalda e stressa le celle della batteria, riducendone l'efficienza. Oltre a sprecare 25W, in pratica non riuscirà nemmeno ad erogare i 500Wh che ha a disposizione, probabilmente ne eroga 450W.

Tante piccole perdite che, sommate, alla fine fanno una differenza anche del 20-30% tra due sistemi uguali sulla carta.

L'abilità del costruttore sta proprio nel cercare quell'equilibrio di progettazione tra velocità (meno assorbimento di corrente ma con relative perdite però di trasmissione) e coppia e realizzare un software di controllo che minimizzi le perdite, dando comunque la potenza richiesta.

Se ne potrebbe dedurre che il bafang 48V sia avvantaggiato rispetto allo yamaha 36V...ma in realtà questi sono solo dati di picco...in condizioni ordinarie, entrambi i motori funzionano ben al di sotto di questi valori e potrebbe benissimo succedere che a regime di crociera, per così dire, il bafang si trovi a lavorare attorno ai 10V, assorbendo più corrente rispetto ad uno yamaha che dovesse lavorare, per ipotesi, a 15V.
 

em_1958

Ebiker specialissimus
15 Settembre 2016
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Haibike SDuro AllMtn 8.0
considera che non è che passare da 30 a 40 celle in serie, queste scoppino o si devastino....facendo un'analisi scientifica su un certo numero di batterie, che so 50, tutte impiegate nello stesso modo, statisticamente probabilmente si vedrebbe bene la differenza.
Su piccoli numeri e con variazioni di condizioni d'uso che possono superare ampiamente la differenza di resa della batteria, è impossibile rilevare nulla di sensato.

La ragione per fare batterie da 36 piuttosto che da 48 è un mix di costi (l'elettronica che le governa deve "bilanciare" un numero maggiore di celle, l'elettronica di controllo deve lavorare a 48V invece di 36), marketing, margini da tenersi per sviluppi futuri a costo zero (i produttori di prodotti tecnologici, come le macchine fotografiche o i telefonini, sono MAESTRI in questo).
36v o 48v.... c'è qualche vantaggio nell'utilizzo delle celle da 21700 ?
 
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ghepüangor

Guest
teoricamente si, visto che hanno maggiore capacità significa che, a parità di capacità totale della batteria, ci saranno meno celle...quindi meno elementi che possono "rovinarsi".
Questo ipotizzando che si mantengano uguali le percentuali di rischio di guasto della singola cella.

In altre parole, se per fare 500Wh servono 36 celle 18650, ne bastano magari solo 20 21700....se le percentuali di guasto sono per entrambe (invento) 1 su 1.000, nel caso delle 18650 avrò una probabilità di guasto del 3,6% (36/1000), con le 21700 sarà del 2% (20/1000)....
 

em_1958

Ebiker specialissimus
15 Settembre 2016
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Haibike SDuro AllMtn 8.0
Abbiamo "solo" l'affidabilità o si ottiene anche una diversa capacità di erogazione per le 21700, cioè per il 48v sono più performanti ?
 
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ghepüangor

Guest
le 21700 rispetto alle 18650 sono solo più grosse...hanno lo stesso voltaggio, per cui ne servono comunque 16 in serie per fare 48V.

Ci sono vantaggi e svantaggi in termini di efficienza/sicurezza/affidabilità nel collegare in serie le celle, ma in genere gli svantaggi superano i vantaggi e si aumenta il numero di celle in serie al minimo indispensabile per ottimizzare le correnti che circolano in tutto ciò che c'è dopo la batteria.
In pratica, più sono alte le tensioni, più sono basse le correnti e minori le perdite per calore a tutto giovamento dell'efficienza (minori perdite, conduttori di dimensioni minori ecc).

Ma per aumentare le tensioni devo aumentare il numero di celle in serie, e questo comporta alcuni problemi.
Il fondamentale è che quando si guasta una cella, sostanzialmente perdo tutte le celle della serie perchè i sistemi di sicurezza e di bilanciamento delle batterie sono molto efficienti per controllare le celle messe in parallelo, ma poco o nulla per le celle in serie che compongono la "colonna".
La colonna di celle in serie è sostanzialmente "vista" come un'unica cella.
In una batteria da 36V le colonne sono da 12 celle, in quella da 48 sono 16.

Ad esempio: diciamo di voler costruire una batteria da 500Wh avendo a disposizione 50 celle da 10Wh cad.
Se le metto tutte in parallelo, avrò una batteria da 3V. Nel caso si "rompa" 1 cella, perderò solo 10Wh e il sistema può addirittura escluderla per evitare ulteriori problemi.
Se ne metto a serie di 5, avrò 10 colonne in parallelo e una batteria da 15V. Si rompe una cella di una colonna, comprometto tutta la colonna, perchè questa non potrà più essere usata in parallelo alle altre, rischierebbe di esplodere. Per cui perdo 50Wh.
Mettendole tutte in serie, e controllandole singolarmente con circuiti in grado di escludere un'eventuale cella danneggiata, potrei nuovamente perdere solo la cella danneggiata, ma avrei una tensione intanto elevatissima (150V) e finirebbe per essere variabile in base allo stato di ogni singola cella. Fattibile ma con circuiti di controllo estremamente complessi. Dovrei avere il controllo di ogni singola cella.

Tendenzialmente (e credo anche quelli delle emtb) la colonna di celle in serie è trattata come singola cella ed è per questo che abbiamo batterie a tensioni relativamente basse, pur se a livello di utilizzo la corrente ad alta tensione è sempre migliore. Oltre che per ragioni di sicurezza che, comunque, non possono essere ignorate, non a lungo almeno: per gli uomini, in continua i 48V rappresentano la massima tensione di sicurezza...oltre questa soglia, il rischio in caso di fulminazione inizia ad essere mortale.

E' un po' come la proverbiale coperta piccola: ci sono di mezzo processi fisici, chimici e meccanici ognuno dei quali ha le sue condizioni di migliore efficienza, ma purtroppo non coincidono e quindi deve essere trovato il compromesso migliore per ciascun caso.
 
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Ebiker grandissimus
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le 21700 rispetto alle 18650 sono solo più grosse...hanno lo stesso voltaggio, per cui ne servono comunque 16 in serie per fare 48V.

Ci sono vantaggi e svantaggi in termini di efficienza/sicurezza/affidabilità nel collegare in serie le celle, ma in genere gli svantaggi superano i vantaggi e si aumenta il numero di celle in serie al minimo indispensabile per ottimizzare le correnti che circolano in tutto ciò che c'è dopo la batteria.
In pratica, più sono alte le tensioni, più sono basse le correnti e minori le perdite per calore a tutto giovamento dell'efficienza (minori perdite, conduttori di dimensioni minori ecc).

Ma per aumentare le tensioni devo aumentare il numero di celle in serie, e questo comporta alcuni problemi.
Il fondamentale è che quando si guasta una cella, sostanzialmente perdo tutte le celle della serie perchè i sistemi di sicurezza e di bilanciamento delle batterie sono molto efficienti per controllare le celle messe in parallelo, ma poco o nulla per le celle in serie che compongono la "colonna".
La colonna di celle in serie è sostanzialmente "vista" come un'unica cella.
In una batteria da 36V le colonne sono da 12 celle, in quella da 48 sono 16.

Ad esempio: diciamo di voler costruire una batteria da 500Wh avendo a disposizione 50 celle da 10Wh cad.
Se le metto tutte in parallelo, avrò una batteria da 3V. Nel caso si "rompa" 1 cella, perderò solo 10Wh e il sistema può addirittura escluderla per evitare ulteriori problemi.
Se ne metto a serie di 5, avrò 10 colonne in parallelo e una batteria da 15V. Si rompe una cella di una colonna, comprometto tutta la colonna, perchè questa non potrà più essere usata in parallelo alle altre, rischierebbe di esplodere. Per cui perdo 50Wh.
Mettendole tutte in serie, e controllandole singolarmente con circuiti in grado di escludere un'eventuale cella danneggiata, potrei nuovamente perdere solo la cella danneggiata, ma avrei una tensione intanto elevatissima (150V) e finirebbe per essere variabile in base allo stato di ogni singola cella. Fattibile ma con circuiti di controllo estremamente complessi. Dovrei avere il controllo di ogni singola cella.

Tendenzialmente (e credo anche quelli delle emtb) la colonna di celle in serie è trattata come singola cella ed è per questo che abbiamo batterie a tensioni relativamente basse, pur se a livello di utilizzo la corrente ad alta tensione è sempre migliore. Oltre che per ragioni di sicurezza che, comunque, non possono essere ignorate, non a lungo almeno: per gli uomini, in continua i 48V rappresentano la massima tensione di sicurezza...oltre questa soglia, il rischio in caso di fulminazione inizia ad essere mortale.

E' un po' come la proverbiale coperta piccola: ci sono di mezzo processi fisici, chimici e meccanici ognuno dei quali ha le sue condizioni di migliore efficienza, ma purtroppo non coincidono e quindi deve essere trovato il compromesso migliore per ciascun caso.
Scusa eh, ma da dove li prendi sti numeri?!!
Le nostre batterie sono assemblate si con celle 18650 o 21700 da 3,7 v, 3,6 nominali, ma per le 36volt le serie sono costituite da 10 celle (3,6x10=36), mentre le 48 da 13 celle (3,7x13=48,1), voglia o non voglia questa è la realtà
Per quanto riguarda i Wh, questi si ottengono moltiplicando gli Ah per i volt, considerando vhe le celle 18650 più utilizzate hanno una capacità di 3,5Ah:
3,5 x 4p=14Ah x 36v= 504 Wh
3,5 x 5p=17,5Ah x 36v= 625 Wh

3,5x4p= 14Ah x 48v= 672 Wh (Rocky Mountain)
 
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ghepüangor

Guest
ehhhh...che pignolo.....:D

ho fatto confusione con i volt, avevo in testa 3V ed ho arrotondato...ma il resto è valido