‫מעט על מצבר ליתיום‪.‬‬
‫מצבר הוא מכשיר הממיר אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית ולהיפך‪ .‬חלפו שני‬
‫עשורים מאז שסוללות הליתיום‪-‬יון נכנסו לשוק‪ .‬למרות השיפורים המתמידים‪,‬‬
‫הטכנולוגיה הקיימת מתקשה לעמוד בדרישות השוק לסוללה בעלת צפיפות‬
‫אנרגיה גבוהה שתאפשר מרחקי נסיעה ארוכים יותר בין טעינה לטעינה‪ .‬בעיה‬
‫בסיסית קיימת בחומרים מהן עשויות האלקטרודות; לחומרים הללו יש מגבלות‬
‫מבחינת קיבול וצפיפות אנרגטית‪ .‬בייצור תאי המצבר משתמשים בתרכובות שונות‪,‬‬
‫הליתיום הוא המרכיב העיקרי בהן‪.‬‬
‫המצבר מורכב ממספר תאים‪ .‬כל תא מסוגל לספק מקסימום ‪ ,3.7V‬לדברי‬
‫ספקי הסוללות‪ ,‬הטעינה יכולה להתבצע מאות ואף אלפי פעמים‪ .‬בפועל‬
‫לאחר ‪ 1,600‬טעינות ‪ -‬במצבר הטוב ביותר של חברת ‪ TESLA‬האמריקאית ‪-‬‬
‫קיבולת המצבר יורדת ל‪ .80%‬במצברים נחותים מספר הטעינות המרבי מגיע‬
‫ל ‪ 200‬טעינות‪ .‬אורך חיי המצבר הוא פועל יוצא של אופי השימוש וגילו‪.‬‬
‫אין בנמצא "מצבר ליתיום בעל פריקה עמוקה"‪ ,‬למצברי ליתיום אין זיכרון‪.‬‬
‫בסכמה רואים את פילם האלקטרודה השלילית (‪ )-‬היא מנחושת‪ ,‬דקה מאוד‬
‫ומצופה בכימיקל‪ .‬יש עשרות כימיקלים המשמשים בתא‪ .‬בין האלקטרודות יש‬
‫"מפריד" שתפקידו לבודד בין שני הפילמים‪.‬‬
‫האלקטרודה החיובית עשויה מפילם אלומיניום‪ .‬אורך הפילמים מגיע לפעמים ל ‪10‬‬
‫מ' והם מלופפים סביב עצמם (כמו ג'חנון)‬
‫בזמן פריקת התא האלקטרונים החיוביים (‪ )-‬נמשכים לקתודה שעשויה מנחושת‪.‬‬
‫האלקטרונים השליליים (‪ )+‬נמשכים לאנודה‪ ,‬שעשויה מאלומיניום וכך נוצר המתח‬
‫החשמלי‪.‬‬
‫בזמן הטעינה התהליך מתהפך‪.‬‬
‫את עוצמת המצבר אנו מודדים בצד המתח (‪ )V‬למעשה כשהמצבר טעון אנו‬
‫מניחים שהוא טעון גם באמפרים (‪ )A‬אבל קשה לוודא זאת אלא במכשיר מיוחד‪.‬‬
‫התאים מחוברים בינם אך ורק בהלחמת נקודה‪ .‬הלחמה בבדיל מחממת את‬
‫התא ומקצרת את חייו‪.‬‬
‫הלחמת‬
‫מכונה להלחמת נקודה של התאים‬
‫הנקודה‬
‫הקיבולת של המצבר )‪ )Wh‬נמדדת‪ :‬ביח' מתח (‪ ,)V‬כפול יח' אמפר שעה )‪)Ah‬‬
‫קיבולת של מצבר ‪36V‬‬
‫‪36X10=360 Wh‬‬
‫קיבולת של מצבר ‪48V‬‬
‫‪48X10 =480 Wh‬‬
‫ברור שעדיף להשתמש במצבר של ‪ 48V‬מכיוון שקיבולת האנרגיה גבוהה יותר‪.‬‬
‫כשהמתח בתא יורד מתחת לגבול התחתון שהוא ‪ 40%‬הכימיקל בתא הופך‬
‫להיות תחמוצת מלחים והתא מאבד את יכולתו לשמש כתא חשמלי‪.‬‬
‫הטמפרטורה האידאלית עבור מצבר ליתיום היא בין ‪ 0‬ל ‪ 20‬מעלות‪ ,‬הטמפ‪.‬‬
‫בארץ גבוהה המגיעה עד ‪ 60‬מעלות מקצרת את אורך חיי המצבר ואת נצולת‬
‫המצבר (פחות ק"מ)‬
‫מצבר ‪ 36V‬כשהוא טעון המתח בו הוא ‪ 42V‬וכשהוא פרוק המתח הוא ‪32V‬‬
‫המתח ‪ 36V‬הוא מתח נומינלי‪.‬‬
‫במצבר ‪ 48V‬כשהוא טעון המתח הוא ‪ 54,5V‬וכשהוא פרוק המתח הוא ‪42V‬‬
‫תאי ליתיום שונים‬
‫מצברי הליתיום של האופניים החשמליים מכילים בעיקר ב ‪ 2‬סוגי חומרים‪:‬‬
‫‪ .1‬מצבר שבו תאים המכילים את הכימיקל ‪ LiNiCoMnO2‬שהוא המקובל יותר‪ .‬אבל‬
‫בעל אורך חיים קצר‪ ,‬ונפילת המתח בזמן השימוש מהירה‪( .‬אחרי זמן קצר יחסית‬
‫מהירות הנסיעה והכוח יורדים) המתח בתא הוא ‪ 3.7V‬וקיבולת התא (‪ )Ah‬משתנה‪.‬‬
‫‪ .2‬התאים בו מכילים את הכימיקל ‪ ,LiFePO4‬מאריך חיים ביותר מפי ‪ 2‬ממצבר‬
‫‪ LiNiCoMnO2‬ונפילת מתח בזמן הרכיבה מתונה‪ .‬כלומר ירידת המהירות בזמן‬
‫הרכיבה על האופניים כמעט לא מורגשת‪ .‬המתח בתא הוא ‪ 3.2V‬לפיכך‬
‫משתמשים במספר תאים גדול יותר והמצבר מעט כבד יותר‪ .‬המתח שהמצבר‬
‫מספק כמעט אינו משתנה גם במאמץ גדול של המנוע‪ ,‬לפיכך יש פחות תקלות‬
‫במערכת החשמל של האופניים‪ .‬המצבר מומלץ‪.‬‬
‫יש תאים שונים הן במידות החיצוניות‪ ,‬במתח (‪ , )V‬בקיבולת (‪ )Ah‬ובמשקל‪.‬‬
‫מצבר הליתיום בנוי מתאים בודדים ורק על ידי החבור ביניהם אנו מקבלים את‬
‫המתח (‪ )V‬הרצוי ואת הזרם )‪ (Ah‬המתאים‪.‬‬
‫בחבור תאי סוללה בטור מחברים את ה (‪ )+‬ל (‪ )-‬ומקבלים‪ :‬מתח (‪ (V‬כפול מספר‬
‫התאים‪.‬‬
‫אם מחברים בטור ‪ 3‬תאים של ‪ ,1.5V‬מקבלים מתח של ‪ 4.5V‬כשהזרם )‪ (A‬אינו‬
‫משתנה ‪ 3X1.5=4.5‬תאים‬
‫כאשר מחברים תאים במקביל‪ :‬כל ה(‪ )+‬מחוברים יחד וכל (‪ )-‬מחוברים יחד‪.‬‬
‫המתח (‪ )V‬בתאים אינו משתנה לעומתו הזרם עולה במכפלה של התאים‪ .‬אם‬
‫לוקחים ‪ 3‬תאים של ‪ 1Ah‬ומחברים ביניהם מקבלים זרם של ‪3X1Ah=3Ah‬תאים‬
‫התאים מחוברים ביניהם גם בטור וגם במקביל‪ ,‬כדי לקבל את המתח (‪)V‬‬
‫הנדרש ואת הזרם (‪ )A‬הנדרש‪.‬‬
‫‪BMS‬‬
‫‪Battery Management System‬‬
‫מערכת ניהול מצבר‬
‫תפקיד ה ‪ BMS‬הוא להגן על תאי המצבר העדינים‪.‬‬
‫‪ .1‬טעינה‪ :‬לחלק הזרם המתקבל מהמטען באופן שווה לתאי המצבר דרך‬
‫החוטים הדקים‪.‬‬
‫‪ .2‬פריקה‪ :‬פריקת התאים באופן שווה‪ .‬במקרה של ירידת מתח של תא אחד‬
‫ביותר‬
‫מ ‪ 0.2V‬מיתר התאים‪ .‬ה ‪ BMS‬מונע את המשך פריקת המצבר על ידי‬
‫הפסקתו עד‬
‫איזון המתח בתאים‪.‬‬
‫‪ .3‬מתח מינימלי‪ :‬אם המתח במצבר יורד מתחת למותר (‪ )32V‬במצבר של‬
‫‪ ,36V‬ה ‪ BMS‬מנתק מידית את הספקת הזרם מהמצבר‪.‬‬
‫‪ .4‬חום יתר‪ :‬אם המצבר מתחמם מעל לטמפ' של ‪ 60‬מעלות ה‪ BMS‬מונע את פריקת‬
‫הזרם‪.‬‬
‫לכל מצבר יש ‪ 2‬נקודות עומס שבהן ה ‪ BMS‬מפסיק את מעבר הזרם‪.‬‬
‫‪ .1‬עומס פריקה גבוה של ‪ 20A‬לזמן קצר של כ ‪ 2‬שניות בדרך כלל‪ ,‬במצברים מסוימים‬
‫יכולת הפריקה מגיעה עד ‪40A‬‬
‫‪ .2‬עומס פריקה רגיל שמגיע עד ‪.10A‬‬
‫לכל מצבר יש את ה ‪ BMS‬הייחודי לו‪ ,‬הפרמטרים של ה‪:BMS‬‬
‫‪ .1‬מתח המצבר‪.‬‬
‫‪ .2‬זרם המצבר‪.‬‬
‫‪ .3‬כימיקל המצבר‪.‬‬
‫‪ .4‬מס‪ .‬תאים במצבר‪.‬‬
‫‪ .5‬דרישות ייחודיות‪ :‬זרם מכסימלי בפיק‪ ,‬זרם עבודה‪.‬‬
‫ה‪ BMS‬מורכב מרכיבים אלקטרוניים רבים‪ ,‬הכוללים מיני פרוססור (מחשב זעיר)‪ .‬בין‬
‫היתר יש מספר פטים (‪ )FETs‬שהם מתגים ללא ניצוץ בעלי שימושים רבים‬
‫באלקטרוניקה‪ .‬ב ‪ BMS‬הם משמשים כמתגים המנתקים הזרם עד ‪ 100,000‬פעם‬
‫בדקה על מנת להגן על התאים מפריקה מהירה ולצמצם הזרם (‪ )A‬היוצא מהמצבר‬
‫לעוצמה המותרת‪.‬‬
‫קל לראות ה"פט" השרוף‪ .‬בהחלפה החדש חייב להיות בערך של הישן‪.‬‬
‫ברוב המקרים התקלה ב ‪ BMS‬היא שריפת ה"פט"‪.‬‬
‫חוט ה (‪ )+‬האדום והעבה מחובר לשקע המטען מצד אחד ומחובר ישירות לתאים‬
‫מצד שני‪ .‬חוט הפריקה (‪ )+‬האדום העבה מחובר לתאים מצד אחד ומחובר ישירות‬
‫לסוויטש מצד שני‪.‬‬
‫כל הפעולות החשמליות שבמצבר מתבצעות אך ורק בחוט ה (‪ )-‬השחור‪.‬‬
‫‪ .1‬הוא מוביל משקע המטען ל ‪BMS‬‬
‫‪ .2‬מה ‪ BMS‬לתאי המצבר‬
‫‪ .3‬מה ‪ BMS‬לשקע היציאה מהמצבר‪.‬‬
‫לכל זוג תאים (המהווים יחידת מצבר ‪ )10Ah 3.7V‬מתחבר חוט (‪ )-‬דק יותר מה ‪BMS‬‬
‫לטעינה ולניטור התא‪.‬‬
‫ה‪ BMS‬שבמצבר מפסיק את פריקת הזרם ב‪ ,32V‬אם המתח ימשיך לרדת תאי‬
‫המצבר יפגמו‪.‬‬
‫ככל שהמנוע צורך יותר חשמל מהמצבר (שהוא מוגבל בהגדרה) המתח (‪)V‬‬
‫המסופק יורד‪ .‬והזרם (‪ )A‬כמעט ולא משתנה‪ ,‬כתוצאה מכך יורדת הספק‬
‫החשמל (‪ )W‬היוצא מהמצבר‪ .‬ירידת המתח היא הגורם העיקרי לתקלות בבקר‪,‬‬
‫במנוע ובכל מערכת החשמל‪.‬‬
‫חלקי ה‪BMS‬‬
‫שקע רב פינים בצד ימין של השקע מחובר חוט ה(‪ ,)-‬בתמונה מסומן‬
‫‪.1‬‬
‫ב‪ .0‬יתר ‪ 10‬הפינים ‪ -‬לכל אחד מהתאים מתחבר באמצעות הפין חוט (‪)+‬‬
‫המשמש לטעינה ולהגנה‪.‬‬
‫בצד ימין של התמונה רואים ‪ 2‬מוליכים‪ :‬אחד (‪ )-‬המשמש לטעינה והשני (‪)-‬‬
‫המשמש לפריקה‪.‬‬
‫תקע רב פינים‪.‬‬