Батареї електросамокатів: ват-години, хімії, чому реальний запас ходу менший за паспортний

Scootify 12 хв читання

Літій-іонна батарея — найдорожчий і найнебезпечніший вузол електросамоката. Вона визначає три речі одночасно: скільки апарат проїде, скільки років він проживе і наскільки ймовірне його загоряння в коридорі. Цей розділ — про те, як читати графу «акумулятор» у специфікації, з чого пакет фізично складається і чому паспортна цифра запасу ходу майже завжди оптимістична.

Анатомія: елемент → пакет → BMS

Батарея сучасного електросамоката — це набір циліндричних літій-іонних елементів (cells), з’єднаних у пакет, плюс електронна плата керування (Battery Management System, BMS) і корпус. Найпоширеніші формати елементів:

  • 18650 — 18 мм у діаметрі × 65 мм у висоту, ємність типово 2 000–3 500 мА·год. Це історичний стандарт побутової електроніки (ноутбуки, ліхтарики); саме на ньому побудовано Xiaomi M365 та більшість бюджетних і середніх самокатів. (18650 Battery Store — Best 18650 Battery Guide)
  • 21700 — 21 мм × 70 мм, ємність 4 000–5 000 мА·год; за тих самих обмежень корпусу пакет на 21700 містить приблизно на 40 % більше енергії, ніж аналогічний на 18650, а щільність енергії досягає ~300 Вт·год/кг проти ~250 у 18650. (EV Lithium — 21700 battery specifications guide, Cell Saviors — 18650 vs 21700)

Виробляють якісні елементи кілька компаній: LG Energy Solution, Samsung SDI, Panasonic/Sanyo, Sony/Murata, Molicel (18650 Battery Store). У премʼєрних електросамокатах часто бачимо назви на кшталт LG M50T (21700, 4 850 мА·год, 3,63 В, 18,2 Вт·год на елемент — стоять у Dualtron Thunder 3) (DNK Power — LG M50/M50T 21700) або Molicel P42A (21700, 4 200 мА·год, 15,5 Вт·год, 45 А тривалого розряду — часто використовуються в потужних збиральних пакетах NAMI/Dualtron) (Molicel — INR21700-P42A datasheet, PDF).

Елементи зʼєднують двома способами одночасно:

  • Послідовно (S, series) — щоб підняти напругу. Десять елементів 3,6 В у послідовному зʼєднанні дають 36 В номінальної напруги пакета.
  • Паралельно (P, parallel) — щоб підняти ємність у мА·год (і пікову віддачу струму).

Звідси нотація типу 10S3P: десять елементів послідовно, три такі гілки паралельно, всього 30 елементів. Саме така схема в Xiaomi M365: 30 елементів 18650 (LG, ~2 600 мА·год) у конфігурації 10S3P → 36 В × 7,8 А·год = 280 Вт·год (eScooter Rider — Xiaomi M365 battery).

BMS — окрема невелика плата всередині пакета, що постійно стежить за станом кожної гілки елементів і відключає батарею в небезпечних режимах. Зокрема BMS забезпечує: балансування елементів (пасивне через резистори або активне), захист від перезаряду, від глибокого розряду (undervoltage), від перевантаження по струму й короткого замикання, температурний моніторинг та аварійне відключення при ризику теплового розгону (thermal runaway) (Synopsys — What is a Battery Management System, Polinovel — What is BMS). Без працездатного BMS сучасний літій-іонний пакет експлуатувати не можна — це не «опція», а критичний елемент. Архітектура BMS, типи балансування, блокування зарядки при <0 °C, роль у thermal runaway і сертифікації UL 2271 / UL 2272 — у статті про електроніку.

Напругові класи: 24 / 36 / 48 / 52 / 60 / 72 В

Напруга пакета задає клас самоката і прямо корелює з потужністю мотора:

Напруга важлива не лише для маркетингу: вища напруга — менший струм за тієї ж потужності (P = U × I), а отже тонші проводи й менші теплові втрати на контролері. Саме тому «72-вольтові» off-road апарати конструктивно вдається тримати у відносно компактному корпусі.

Wh (ват-години) — єдина чесна метрика ємності

У специфікаціях іноді хвалять «велику батарею в ампер-годинах». Ампер-години без напруги не порівнюють пакети. Чесна метрика — енергія в ват-годинах: Wh = V × Ah. Саме Wh визначає, скільки кілометрів реально можна проїхати.

Орієнтири:

  • 150–300 Вт·год — діапазон масових базових самокатів (M365 — 280 Вт·год).
  • 400–600 Вт·год — посилені міські (MAX G30 — 551 Вт·год).
  • 900–1 100 Вт·год — преміум міські (City Pro — 960 Вт·год; Bird Three — до ~1 кВт·год (TechCrunch — Bird Three)).
  • 1 800–2 000 Вт·год — нижній край off-road.
  • 2 500–3 000 Вт·год — Burn-E 2 Max, Thunder 3.

Що більше Wh, то більший і важчий пакет. У Dualtron Thunder 3 батарея — фактично половина маси апарата.

Хімії: NMC, NCA, LFP

Усі ці елементи літій-іонні, але з різним катодом. Різниця — у щільності енергії та ресурсі циклів:

  • NMC (Lithium Nickel-Manganese-Cobalt Oxide) — найпоширеніша хімія у самокатних пакетах. Щільність енергії 150–250 Вт·год/кг, ресурс — ~1 000–2 000 циклів до 80 % від початкової ємності (EV Lithium — NMC vs LFP vs LTO, FEbatt — LFP vs NMC vs NCA).
  • NCA (Lithium Nickel-Cobalt-Aluminum Oxide) — у Panasonic NCA до ~322 Вт·год/кг, ресурс ~800–1 000 циклів. Використовується там, де критична маса (деякі Tesla, частина преміум-самокатів).
  • LFP (Lithium Iron Phosphate, LiFePO₄) — нижча щільність енергії (90–160 Вт·год/кг), але 2 000–3 000+ циклів і значно вища термічна стабільність. У самокатах поки рідкісна (через масу), але повільно зʼявляється в шерингових моделях, де ресурс важливіший за вагу (Poworks — NMC vs NCA vs LFP).

Тому ресурс «літій-іон ~500 циклів» — це грубе спрощення. Конкретне число залежить від хімії, глибини розряду (DoD) і температурного режиму. Якщо тримати заряд у вікні 20–80 %, ресурс зростає в кілька разів (Battery University — BU-808: How to prolong Li-ion).

Чому реальний запас ходу менший за паспортний

Виробник пише цифру, отриману у тепличних умовах: рівна суха асфальтна доріжка, тестовий водій 70–75 кг, повний заряд, найекономніший режим, температура близько +25 °C, без вітру, постійна швидкість. Xiaomi так і вказує: тест M365 проводився при 75 кг навантаження, 25 °C (Electrek — Xiaomi M365 review). У реальному світі більшість водіїв стикається з 30–50 % меншим запасом. Незалежні тести підтверджують: M365 заявлено 30 км, реально — ~17,5 миль (28 км) у середньому, часто 15–28 км залежно від режиму (eScooter Nerds — Xiaomi M365 review). Apollo City Pro заявлено 43 милі, виміряно ~24,7 миль (39,8 км) на середній швидкості 24,4 миль/год і ~29,8 миль (48 км) на 20,5 миль/год (Electric Scooter Insider — City Pro review).

Звідки беруться втрати:

1. Вага водія

Виробник тестує з 70–75 кг. Кожні +10 кг — це додаткова кінетична енергія на старті та більше зусилля на схилах. У тому ж тесті Apollo City Pro водій 215 фунтів (97,5 кг) проїхав 21,9 миль проти ~25 миль у 165-фунтового (74,8 кг) на тих самих режимах (eRide Hero — Apollo City Pro).

2. Швидкість і аеродинамічний опір

Аеродинамічний опір зростає пропорційно квадрату швидкості, а потужність, необхідна на його подолання, — пропорційно кубу. Тобто вдвічі швидший рух — учетверо більший опір повітря і у вісім разів більша потужність, що йде в нікуди (AeroSensor — The Science of Speed: aerodynamic drag, Spring — Physics of scooter range). На 5 км/год аеродинаміка зʼїдає ~10 % енергії; на 40 км/год — понад 80 %. Це найбільший і найнедооцінюваний фактор. Економний режим на 18–20 км/год майже завжди дає в 1,5–2 рази більший запас ходу, ніж той самий апарат на 30+ км/год.

3. Схили й рельєф

Підйоми додають до навантаження гравітаційну складову, пропорційну маса × прискорення вільного падіння × синус кута. Енергія, витрачена на підйом, частково повертається при спуску, але тільки за наявності рекуперації — і за умови, що батарея ще здатна прийняти струм (не повна, не холодна, не у вузлі захисту BMS). На горбистих маршрутах огляди стабільно фіксують 30–50 % втрати запасу.

4. Температура

Літій-іонна хімія різко втрачає корисну ємність на холоді:

Окремо й значно небезпечніше: заряджати літій-іон на морозі (нижче 0 °C) — не можна. Це викликає літієве плакування (lithium plating) — необоротний осад металевого літію на аноді, який зменшує ємність назавжди і підвищує ризик короткого замикання (Battery University — BU-410: Charging at high/low temperatures). Якщо самокат був на вулиці взимку — перед зарядкою його варто витримати в теплі кілька годин.

5. Тиск у шинах і дорожнє покриття

Недокачана пневматика збільшує опір кочення майже лінійно зі швидкістю. Грубий асфальт і бруківка — теж. Це не катастрофа, але кумулятивно ще −10–15 % запасу.

6. Зустрічний вітер

Вітер додається до швидкості апарата у формулі аеродинамічного опору, тобто квадратично. 15 км/год зустрічного вітру на 25 км/год руху — фактично той самий витрата енергії, що й 40 км/год без вітру.

7. Стиль їзди

Різкі старти й гальмування витрачають енергію на нагрів обмоток і дисипацію на гальмівних резисторах (де немає рекуперації) або на саму батарею (де є — але з обмеженим зворотним струмом). Плавна їзда на постійній швидкості, типова для шерингових апаратів, — найекономніший режим.

Приблизний коефіцієнт «реальний / паспортний»

Зведено емпірично з оглядів і власних протоколів виробників:

УмовиКоефіцієнт
Виробничий тест: 70–75 кг, +25 °C, 20 км/год1,0
Місто, 25–30 км/год, водій 80–90 кг0,6–0,7
Гориста місцевість, 25–30 км/год, водій 80 кг0,5–0,6
Холод (0 … −5 °C), 25 км/год0,5–0,7
Off-road апарат у максимальному режимі0,3–0,4

Детальний розбір зимового падіння запасу (фізика електроліту, BMS-блокування зарядки <0 °C, AAA EV-тест, різниця NMC vs LFP при −20 °C) — у статті про зимову експлуатацію.

Приклади з ринку

МодельКонфігураціяWhПаспортРеально
Xiaomi M36536 В × 7,8 А·год, 30 × 18650 LG M26, 10S3P28030 км17–25 км
Segway-Ninebot MAX G3036 В × 15,3 А·год55165 км~45 км
Apollo City Pro48 В × 20 А·год, Samsung 2170096069 км40–48 км
Bird Three (шеринг)до ~1 кВт·год, IP68~1 000——
NAMI Burn-E 272 В × 35 А·год, 217002 520150 км70–110 км
NAMI Burn-E 2 Max72 В × 40 А·год, 217002 880175 км80–130 км
Dualtron Thunder 372 В × 40 А·год, LG M50LT 217002 880~125 км80–95 км

Джерела: (Segway specs, Apollo specs, Bird — IP68 explained, Dualtron USA, Rider Guide — Burn-E 2 Max review).

Деградація: скільки років житиме пакет

Ресурс літій-іонного пакета вимірюють у циклах до 80 % SoH (State of Health — залишкової ємності). Один цикл — це сумарно один повний заряд-розряд, незалежно від того, чи прийшов він з 100 → 0 % за раз, чи з 80 → 50 % чотири рази. Орієнтири:

  • NMC — 1 000–2 000 циклів до 80 % SoH (EV Lithium — NMC vs LFP).
  • NCA — 800–1 000 циклів.
  • LFP — 2 000–3 000+ циклів (тому шеринг повільно мігрує саме в LFP, де маса не критична).

Що подовжує життя пакета:

  • Заряджати у вікні 20–80 %, уникати тривалого зберігання на 100 % або на 0 % (Battery University — BU-808).
  • Зберігати при ~50 % SoC і кімнатній температурі, якщо самокат стоїть кілька місяців.
  • Не заряджати на холоді (див. вище).
  • Користуватися оригінальним зарядним пристроєм — або сумісним з паспортними U / I / алгоритм CC-CV.

Безпека: UL 2272, UL 2271, EN 17128

Літій-іон у разі дефекту або механічного пошкодження здатний на тепловий розгін (thermal runaway) — самопідсилюваний процес, при якому температура зростає сотнями градусів за секунди, з електролізом електроліту, газовиділенням і яскравим хімічним полумʼям, яке не гасять водою або звичайними CO₂-вогнегасниками. Тому батареї електросамокатів стандартизують окремо:

  • UL 2272 — “Electrical Systems for Personal e-Mobility Devices” (раніше “Self-Balancing Scooters”). Перевіряє безпеку усього електричного тракту разом — батарея, контролер, зарядна цепь — у штатних і нештатних режимах: нагрів, потрапляння води, вібрація, удар. Стандарт народився після хвилі пожеж ховербордів у грудні 2015: розслідування CPSC → UL опублікувала стандарт у лютому 2016, перший сертифікат — 10 травня 2016 для Ninebot N3M320; перше видання ANSI/CAN/UL 2272 — 21 листопада 2016 (UL — Hoverboards & PMDs, InCompliance — UL certifies first hoverboard).
  • UL 2271 — окремий стандарт безпеки самого батарейного пакета для легких електротранспортних засобів (LEV).
  • UL 2849 — аналог для електровелосипедів.
  • EN 17128:2020 — європейський стандарт для personal light electric vehicles (PLEV), охоплює апарати з власним джерелом живлення до 100 В DC (або 240 В AC від зарядного), з/без само-балансування. Регламентує електробезпеку, механічну міцність, стійкість до вологи й вібрації, керування потужністю, обмеження швидкості 25 км/год, ЕМС, безпечне заряджання та зберігання енергії в пакеті, конструктивну цілісність. Опублікований 21 жовтня 2020 (iTeh — EN 17128:2020).

Чому це не абстракція: статистика FDNY і Local Law 39

Нью-Йорк став першим містом, де регулятор зреагував на пожежі від пакетів електромікромобільності системно:

Падіння повʼязують з Local Law 39 of 2023 (набув чинності 16 вересня 2023): забороняє продаж, оренду і прокат у Нью-Йорку електровелосипедів, електросамокатів та їхніх батарей, не сертифікованих за UL 2849 (e-bike), UL 2272 (e-scooter/PMD), UL 2271 (батареї LEV) (UL Standards — NYC deaths declining).

eKFV та UK trials

  • Німеччина (eKFV, з 15.06.2019) вимагає, щоб e-scooter мав загальний дозвіл на експлуатацію (ABE) від федерального автомобільного відомства KBA. Окремо діє BattG (закон про батареї) — імпортери реєструють пакети; на елементи поширюється Директива ЄС 2006/66/EC. Самокати, що сертифіковані в ЄС, зазвичай мають EN 17128 / IEC 62133 / UN 38.3 (останній — для авіаперевезення) (BMV.de — Light electric vehicles FAQ).
  • Велика Британія з 4 липня 2020 діє пілотний режим оренди (Electric Scooter Trials Regulations), продовжений до 31 травня 2026. Безпека батарей у роздрібному сегменті регулюється General Product Safety Regulations 2005; у 2024–25 уряд опублікував окрему статутну настанову, що зобовʼязує літій-іонні пакети мати механізм проти теплового розгону. Приватні e-scooters в UK залишаються нелегальними на дорогах і тротуарах (gov.uk — Rental e-scooter trials, gov.uk — E-bike battery statutory guidelines).

Що насправді означають Wh у вашій ситуації

Послідовно перевести Wh у кілометри для конкретного водія можна за грубою формулою:

real_km ≈ Wh / середнє_споживання_Вт·год_на_км

де середнє споживання в реальних умовах для типового міського самоката — 15–25 Вт·год/км, для off-road апарата в потужних режимах — 25–45 Вт·год/км. Тобто 280 Вт·год M365 дають у місті ~14–18 км для водія 80 кг на ~25 км/год — що збігається з незалежними тестами. 960 Вт·год City Pro — приблизно 40–55 км на тих самих режимах.

Чекліст власника

  1. Дивіться Wh, не А·год — і порівнюйте лише серед апаратів одного класу напруги.
  2. Перевіряйте тип елементів (18650 vs 21700) і виробника (LG, Samsung, Panasonic, Molicel). У дешевих самокатах часто стоять безіменні елементи з гіршим ресурсом і ризиком теплового розгону.
  3. Перевіряйте сертифікацію батареї: для США — UL 2272 + UL 2271, для ЄС — відповідність EN 17128 / IEC 62133.
  4. Не заряджайте на морозі; в холодну пору року перед зарядкою дайте пакету прогрітися до кімнатної температури.
  5. Тримайте заряд у вікні 20–80 %; не залишайте надовго розрядженим у нуль.
  6. Зберігайте подалі від легкозаймистих матеріалів і шляхів евакуації; не залишайте на ніч на заряджанні без догляду — це найчастіший сценарій пожеж за статистикою FDNY.
  7. При будь-якій деформації корпусу, запаху, нетиповому нагріві — припиніть експлуатацію. Пошкоджений літій-іонний пакет не «полікувати»: його утилізують у спеціалізованому пункті прийому.

Внутрішні звʼязки

  • Практичні правила зарядки — вікно 20–80 % SoC, температурні пороги BMS, smart-чарджери з 80 / 90 / 100 % cutoff, сезонне зберігання за BU-702, FDNY-протокол і UK OPSS п’ять кроків — у статті про правила зарядки і догляд за батареєю.
  • Огляд приводу й того, як пакет звʼязаний з контролером і мотором — у статті про мотори (BLDC, KERS-рекуперація).
  • Класи самокатів за потужністю/напругою та юридичні ліміти (eKFV ≤ 500 Вт, ПЛЕТ ≤ 1 000 Вт) — у статті про види і у хронології 2010–2020 та 2020–2026.
  • Огляд індустріальних шерингових пакетів (Bird Three, Lime Gen4) у частині IP-захисту й ресурсу — у статті про види.