Если вы используете велосипед для поездок на работу и с работы, как сделать езду комфортной и не начинать работу в офисе с получасовой отдышки смахивая капли пота с лица, объясняя коллегам, что вы приехали на велосипеде преодолев крутой подъем.
Выход есть, надо превратить свой велосипед в электровелосипед - это позволит решить проблему когда вам надо быстро и комфортно добраться до места назначения и в тоже время вы сохраняете возможность покрутить педали для поддержания своей спортивной формы
И так как превратить обычный велосипед в электровелосипед, что для этого требуется?
Таким вопросом задался мой знакомый Александр, посидев в инете выяснилось, самое простое решение превратить обычный велосипед в электровелосипед - это добавить электродвигатель, работающий только от аккумулятора.
В комплект доработки вошли: электромотор, аккумуляторная батарея, зарядное устройство, блок управления(контроллер) и регулятор скорости («ручка газа»).
На фото электропривод с цепью, крепится к раме велосипеда довольно просто, мощность двигателя 1,2 кВт
Фото 2.
При работе двигатель греется для отвода тепла используются радиаторы охлаждения, так же предусмотрена электронная защита двигателя отключащая его при нагреве более 70 град.
Срок службы аккумулятора 5-7 лет в зависимости от условий эксплуатации,.
Аккумулятора теряет за год примерно 2% своей емкости.
Вес 4,5 кг., зарядка 1,5-2 часа.
Проехать на одной зарядке можно примерно 30-40 км, но растояние зависит от многих факторов:
Ландшафт (место для покатушек, число и угол наклона горок).
Скорость электровелосипеда (тише едешь - дальше будешь).
Наличие, скорость и направление ветра (ветер может и мешать, и помогать).
Полуспущенные шины. Потери очень велики. Следите за давлением в шинах.
Вес велосипедиста и багажа (перевозимого груза).
Фото 5. Аккумулятор и контроллер
Фото 6. Индикатор емкости аккумулятора
Фото 7. Ручки газа для регулирования скорости вращения электродвигателя.
Счастливый обладатель электровелосипеда
Котику стало грустно когда он услышал цену комплекта 40 000 руб. во столько обошлось все удовольствие всместе с доставкой.
ЗЫ
Прокатился и я на чудо велосипеде и мне понравилось, даже призадумался, что лучше купить мопед или электровелосипед?
Идея установить электропривод на велосипед напрашивается сама собой. В самом деле, почему двигатель внутреннего сгорания можно (это практикуется уже очень давно), а электрический — нельзя? При современном уровне электроники подобная модернизация велосипеда должна быть даже проще, нежели использование иных движков. Кроме того, это не потребует согласования с регистрационными службами ГИБДД.
Для тех, у кого этот транспорт является основным средством передвижения (например, для ежедневных поездок к месту работы и обратно), электрификация «двухколесного друга» позволит значительно экономить свои силы и нервы . Нет необходимости простаивать в нередких в нынешнее время пробках, скорость у электровелосипеда для городских условий приличная, так что реальное время поездки, нередко, даже сокращается, по сравнению с обычным наземным личным или общественным транспортом.
Наскучило просто кататься? Освойте ! В статье рассказывается как научиться ездить на заднем колесе.
Для желающих освоить скейтбординг наш как выбрать, купить и научиться кататься на скейте.
Постоянно подзаряжая аккумуляторы, дома или в любом доступном месте, можно обладать значительным запасом пробега, и, при правильном расчете маршрута и емкости батарей, всегда быть уверенным в своих возможностях. Да, в конце концов, в случае непредвиденных неприятностей, можно добраться и обычным способом – на педалях.
В настоящее время можно, без особых сложностей, приобрести готовый велосипед с электроприводом, однако стоимость его достаточно высока. А есть ли возможность переоборудовать своего верного «коня» самостоятельно? Оказывается, что это вполне реально, и многие мастера делятся в сети своими секретами.
Некоторые из них проводят глубокий «апгрейд» велосипедов, используя совершенно неожиданные конструкторские задумки, узлы и материалы, зачастую приобретенные на «барахолке» или в автомагазинах. Менее «продвинутые» просто приобретают готовые комплекты для электрификации вело-транспорта – благо, производители предлагают их в достаточно широком ассортименте.
Какие существуют типы передачи вращательного движения от двигателя на ведущее колесо?
Фрикционная передача
Эта разновидность электропривода, хотя и встречается в продаже, но не пользуется особой популярностью. Принцип ее – немудреный. Двигатель устанавливается прямо у ведущего колеса, передача крутящего момента происходит непосредственно с вала статора на покрышку. Казалось бы – все просто и очевидно. Но то, что, может быть, применимо для детских электрических машинок и велосипедов, малопригодно в реальном использовании транспорта.
Посудите сами:
- Нет никаких передаточных звеньев, то есть исключается возможность увеличения угловой скорости колеса за счет использования редукторов;
- Крайне низкий КПД;
- Даже незначительное падение давления в камере колеса резко уменьшит эффективность такого привода.
- Постоянное трение между фрикционом двигателя и протектором покрышки резко снижает ее долговечность.
- В условиях сырой погоды, грязной дороги, мороза коэффициент трения существенно уменьшится, фрикцион будет пробуксовывать, что снизит и без того невысокую энергоотдачу привода.
Единственным плюсом этой системы является простота ее установки, которая не потребует каких-либо глубоких переделок велосипеда.
Нет, если планировать переделку с реальными повышениями эксплуатационных качеств велосипеда, от подобной схемы лучше сразу отказаться.
Классическая цепная или ременная передачи
Этот принцип чаще всего используется мастерами – «самоделкиными», из-за его визуальной «понятности» и широкого выбора необходимых комплектующих от обычных велосипедов. В качестве двигателя нередко используются электромоторы от бытовой техники (например от стиральной машины) или автомобильного электрохозяйства.
Что можно сказать о недостатках подобного привода?
- Надо сразу отметить, что переделка велосипеда таким способом потребует от владельца достаточно глубоких знаний механики и высоких технологических навыков.
- Еще одним недостатком является шумность системы с таким видом передачи, но в дорожных условиях это вряд ли кому-то доставит существенные неудобства.
- Доработка связана с некоторыми изменениями в конструкции рамы, что может снизить ее прочностные характеристики. Во всяком случае, не рекомендуется проводить подобные работы на велосипедах с карбоновыми или алюминиевыми рамами – только на стальных.
Зато недостатки скрашиваются целым рядом преимуществ :
Понятно, что здесь – широчайшее поле для креативных конструкторских идей. Однако, не забыли про велосипедистов и производители – существуют в продаже готовые комплекты для электровелосипеда. Наибольшей популярностью пользуются наборы тайваньской фирмы «Cyclone».
Выпускаются подобные «конструкторы» в разных исполнениях – с использованием штатной цепи велосипеда, или с передачей усилия через дополнительную цепь с одной или двумя добавочными звездочками.
Системы оснащены электродвигателями мощностью от 360 до 1500 Вт , с напряжением питания 24 или 36 вольт. Для управления работой привода используются электронные контроллеры , причем в двигателях до 500 ватт они, как правило, встроенные. В комплект входят все необходимые крепежные элементы, средства визуального контроля и ручного управления приводом.
Монтаж электропривода будет вполне посильной задачей для любого владельца с «правильно растущими руками».
Общее утяжеление велосипеда вполне приемлемое – 3-4 килограмма, но вот скорости, которые он может развивать – весьма внушительны — 40 и более километров в час.
Самое простое решение – мотор-колесо
Для любителей облегченной езды на велосипеде производители предлагают еще один вариант, в котором электродвигатель и колесо конструктивно скомпонованы в один узел, так называемое, мотор-колесо.
Преимущества такой системы очевидны:
- При установке данного привода велосипед не подвергается каким-либо значимым доработкам, не изменяется значительно и его внешний вид. Единственное – установка органов управления на руле и аккумуляторного отсека – на раме.
- Установка не требует каких-либо существенных знаний и умений – при правильном подборе колеса-мотора она доступна, наверное, всем.
- Работа двигателя практически бесшумна.
- При желании велосипед легко трансформируется обратно в обычный.
Есть, конечно, и ряд недостатков :
- Колесо с размещенным в ним приводом – достаточно тяжелая конструкция (6 и более килограмм), увеличивающая общую массу транспортного средства. Опытные велосипедисты рекомендуют устанавливать усиленную переднюю вилку.
- Существуют определенные ограничения по мощности привода.
- Превышение установленной производителем скорости может дать обратный эффект – двигатель превращается в генератор и самопроизвольно тормозит движение.
Продаваемые комплекты представляют собой собранный в ступице колеса бесколлекторный электродвигатель мощностью от 200 до 1000 Вт.
Как правило, в продажу поступают готовые конструкции – со спицами и колесным ободом, однако для любителей подходить к делу обстоятельно реализуются и просто двигатели. В этом случае выбор и установка необходимых спиц и обода ложится на хозяев транспорта. Так сказать, мотор-колесо своими руками.
В комплект обязательно входит контроллер, обеспечивающий правильную работу привода, механизмы управления, аккумуляторные батареи с блоком подзарядки.
В зависимости от предпочтений, можно выбрать как переднее, так и заднее ведущее колесо. Некоторые велосипедисты решают задачу «одним махом» — делают свою «машину» полноприводной.
Наиболее популярными среди поклонников электропривода считаются моторы-колеса «Polariss», «Yamasaki», «Electra», «Golden motor» . Приобрести их можно как через специализированные магазины, так и заказав через интернет.
Реально оценив свою потребность в электровелосипеде, финансовую состоятельность и техническую подготовленность для выполнения собственноручного монтажа, можно сделать выбор в пользу той или иной модели.
Видео
Рано или поздно каждый байкер ненадолго становится «продажным», и, намотав несколько десятков километров за день, начинает малодушно мечтать о средствах «малой механизации» обычного велосипеда. Впрочем, после отдыха эти нескромные желания обычно проходят, и велосипед вновь становится объектом вожделения. Тем не менее, идея сделать электровелосипед своими руками очень популярна и с каждым годом получает более широкое распространение. Расскажем подробнее, как это сделать.
Из области мечты:
На фото экстремальный шестикиловаттный байк, развивающий с места скорость в 60 км\час за три секунды. Пиковая сила тока – 100 ампер на литий-железо-фосфатных аккумуляторах… По заявке производителей, он держит скорость около 60 км\ч на протяжении 40 км. Кудесники обитают здесь: http://www.voltbikes.ru/blog/projects/E-bike-3000W-6000W-lifepo4/
Наши задачи гораздо скромнее. Сразу ограничимся, что не имеется в виду производство электровелосипеда «с нуля», а будет рассказано о том, как выбрать и установить на ваш любимый байк специальный комплект для переделки. После этой переделки электробайк сможет вас выручать в сложной ситуации.
Для чего это вам нужно?
Прежде всего вы должны подумать, для чего будет использоваться велосипед, получивший оснащение в виде электродвигателя. Он станет тяжелее, на нем нельзя будет заниматься кросс-кантри и даунхиллом, потому что центр тяжести системы повышается, вес увеличивается, да к тому же падать на таком байке не стоит. Это может привести к поломке электродвигателя и потребовать его замены.
Как правило, требуется для следующего:
- запаса хода «на всякий случай», при усталости, для резерва. Это очень хорошее решение для велосипедистов-любителей в возрасте, а также для людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, ожирением. Это позволяет выезжать на спокойные прогулки без опасности выбиться из сил на обратном пути, в том случае, если не получается их правильно рассчитать;
- постоянное использование для подъема в горку, в виде подключения на сложных участках маршрута. Для этого электровелосипед должен иметь возможность движения сразу на двух источниках энергии: мускульной силе и двигателе.
На пересеченной местности электробайк лучше не использовать. Его удел – это проселочные тропинки, асфальтовое покрытие. Также электровелосипед не любит прыжков.
Определяемся с мощностью
Прежде чем заказывать комплект в интернет-магазине, нужно определиться, какое расстояние вы хотите проехать на одной зарядке аккумулятора, с какой средней скоростью, в какие горки можно будет подниматься, сколько будет стоить переделка велосипеда.
Ключевыми факторами будут являться:
- мощность двигателя, который расположен вокруг ступицы колеса (от нее зависит скорость и тяговые качества велосипеда с электроприводом);
- емкость аккумуляторной батареи. От нее зависит время автономного катания и масса дополнительного оборудования, которая обычно не превышает 10-ти килограммов.
Конечно, можно в оценочный перечень включить дополнительные данные, например, число перезарядок батареи (ресурс), время, затраченное на полную зарядку и многие другие показатели.
Многое зависит от массы велосипедиста. Подростку весом 50 кг и грузному мужчине с массой тела в 125 кг, видимо, нужны разные комплекты.
Думаем о будущем
Важно также представить себе, можно ли будет установить выбранную вами модель на ваш велосипед. Будет обидно, если переделать ваш байк не получится и потребуется покупка нового.
Сможете ли вы своими силами сделать эту работу, или нужно искать квалифицированного веломеханика со знанием электротехники, что весьма большой дефицит?
Точно определите, где будет размещаться аккумуляторная батарея, оцените ее габариты, чтобы самодельный электровелосипед был комфортным.
Что входит в комплект
Для того чтобы превратить байк в , вам нужны следующие основные компоненты (они входят в каждый набор):
- мотор-колесо. Это сердце электробайка, электродвигатель. Просто вы меняете одно колесо на другое;
- аккумуляторная батарея;
- крепеж батареи, провода;
- панель управления, или консоль.
Для того чтобы разочарования не были бесконечными, нужно знать, что достаточно быстрая и продолжительная езда возможна только при мощности около 1000 Вт, то есть 1 кВт. Если определяться с ценой, то за мотор-колесо с киловаттным движком в среднем придется отдать 20 тысяч рублей.
Велосипед с электроприводом можно сделать на более емком или менее емком аккумуляторе. Так, батарея емкостью 18 А\ч обойдется в 30 тысяч рублей.
Идеальный, но дорогой вариант – это двигатель в 2000 Вт.
Достаточно интересным и «бюджетным» вариантом может считаться грузовой трехколесный велосипед на автомобильных аккумуляторах. Как известно, один такой аккумулятор имеет емкость в 55 А\ч и может давать очень неплохие результаты. Сделать такой электровелосипед своими руками несложно, гораздо сложнее найти надежный грузовой байк с тележкой для размещения аккумуляторов. Кроме того, велосипед с опорой больше, чем на два колеса, может быть более комфортным для выезда на рыбалку, для велотуризма в пределах «досягаемости» розетки.
Однако в настоящее время уже созданы зарядные устройства, которые могут питать от солнечных батарей, заряжая его во время спуска, а также заряжать на привалах с помощью миниатюрных паровых турбогенераторов, работающих от энергии костра.
Всем привет, в этой инструкции мы разберем, как сделать мощный электровелосипед на основе двигателя BBSHD. Для этих целей автор использовал комплект мощностью 1700 Ватт, которые достигаются при напряжении 58В. Особенность двигателя в том, что он не требует существенных изменений в конструкции двигателя. Он представляет собой электродвигатель, на котором установлена такая-же ось с шатунами и педалями, как не велосипеде. То есть, если нужно, вы едете на электромоторе, а если заряд закончится, можно перейти на обычную мускульную тягу. При желании вы также можете помогать двигателю педалями, тем самым экономя заряд.
Автор переоборудовал свой горный велосипед . Задумка в том, чтобы ездить по горам, бездорожью, грязи и так далее. Двигатель тут установлен очень мощный, если сравнивать с классическим покупными электровелосипедами. Еще один плюс в том, что у вас остается функционировать 7 или более передач, в зависимости от количества звездочек на задней оси. Это значит, что крутящего момента вам хватит, чтобы заехать на любую гору. Итак, рассмотрим более подробно, как же переоборудовать свой велосипед.
Материалы и инструменты, которые использовал
Список материалов:
- ;
- подходящий велосипед;
- (не менее 75 штук);
- кабель 12AWG около 4 м черного и столько же красного;
- (автор использовал JBD-HP14SA);
- лист акрила и фанера;
- разъемы XT90SA;
- винты, болты и гайки;
- блок питания 60В 5А;
- стяжки для кабеля;
- термоусадка на 4 мм и 250 мм;
- канализационная труба 2.5 дюйма;
- счетчик мощности, сетевой выключатель датчик BBS (и другое по желанию).
Список инструментов:
- отвертки и гаечные ключи;
- точечный сварочный аппарат;
- ножовка;
- клеевой пистолет;
- термофен;
- паяльник с припоем.
Процесс изготовления электровелосипеда:
Шаг первый. Установка двигателя
Двигатели BBSHD изготавливаются под различные конструкции велосипедов. Если ваш велосипед не фирменный, то есть риск, что двигатель не установится на велосипед без переделок. Произведите все необходимые измерения и подберите для себя нужную модель двигателя. На таких моторах установлен довольно большой по размерам редуктор, именно он порой мешает установить агрегат, так как упирается в раму. Но если вам не жалко велосипеда, то вы можете установить на него любой двигатель. Понадобится немного поработать болгаркой и сварочным аппаратом, но все это решаемо.
Шаг второй. Источник питания для двигателя
Автор питает свой велосипед, собирая батарейный блок из аккумуляторов 18650. При правильном обращении эти аккумуляторы долго служат и имеют большую емкость. Найти подобные батареи можно в аккумуляторах от ноутбуков, даже если они старые, служат эти аккумуляторы еще долго. Самое главное, чтобы ячейки 18650 не были вздутыми или потекшими, это говорит о том, что они вышли из строя. Но лучше, конечно, купить новые ячейки.
В целом выбранный двигатель может питаться от напряжения 48 Вольт, источник питания должен обеспечивать мощность до 1000 Ватт. Но автор питает свой двигатель напряжением 52 В, а можно и больше, так раскрывается весь потенциал мотора.
Каждая ячейка 18650 выдает напряжение 3.7В-4.2В, то есть для получения нужного нам вольтажа понадобится 3.7V x 14 = 51.8V. Однако просто соединить последовательно аккумуляторы не получится, они дадут нужные Вольты, но не смогут выдать нужный ток, да и емкость такого батарейного блока будет маловата. По задумке автора аккумуляторный блок должен выдавать 80A / 12000mAh, либо 100A / 15000mAh соответственно.
Шаг третий. Изготавливаем корпус под аккумуляторы
Автор задумал собрать свой аккумулятор из 70-ти ячеек 18650. Чтобы расположить все это дело на велосипеде, выбираем подходящее место внутри рамы и создаем шаблон. Шаблон автор делает из листа картона и затем вырезает. По этому шаблону изготавливаем еще один шаблон из деревянных брусьев или подобного материала.
Сам корпус автор формирует по изготовленному ранее шаблону из листа акрила. Подойдет также и другой подобный материал. Акрил легко гнется, если нагревать его в нужных местах термофеном. А концы корпуса затем автор склеивает клеем Горилла. Вместо клея их можно скрутить саморезами и так далее.
Шаг четвертый. Устанавливаем ячейки в корпус
Доделаем корпус, для этого к одной его стороне крепим лист из фанеры, доски или другой подобный материал, чтобы получилась стенка. Вот и все, теперь в изготовленный корпус устанавливаем аккумуляторы 18650. Автор устанавливает их по схеме 14S / 5P для 52V. 100А, 15 000 мАч. Обязательно аккумуляторы должны быть подключены через BMS-контроллер, который не допустит глубокого разряда или перезаряда. Автор для этих целей выбрал контроллер JBD-HP14SA, который работает с 40A и 14S.
Шаг пятый. Соединяем ячейки
Все ячейки нужно соединить последовательно и параллельно для получения нужных характеристик. Будьте осторожны при работе с этими аккумуляторами, даже одна ячейка может образовывать при замыкании неслабые искры и нагревать провода докрасна. А при напряжении 52В можно получить довольно серьезные травмы. Работайте в очках и защитных перчатках. Избегайте короткого замыкания батарей, так как они при этом выходят из строя. Каждую батарею перед установкой нужно проверять, иначе одна проблемная ячейка может привести к неработоспособности всей схемы.
Для соединения ячеек отлично подходит точечный сварочный аппарат. Можно работать и мощным паяльником, но это будет значительно дольше.
Шаг шестой. Установка BMS
Эксплуатировать аккумуляторы 18650 без BMS-контроллера не следует, так как при этом они быстро выйдут из строя. Эти батареи боятся глубокого разряда и перезарядки. Контроллер нужен для того, чтобы отключать аккумуляторы при достижении напряжения выше или ниже порогового. Припаиваем контроллер так, как указано на схеме.
Шаг седьмой. Первая зарядка
Первую зарядку производим только после установки контроллера BMS. При зарядке аккумулятора он должен быть всегда у вас на виду, так как если что-то сделано не так или аккумулятор бракованный, он может взорваться или потечь. В этом случае нужно быстро отключить источник питания. Будьте осторожны, так как вырывающиеся из аккумулятора пары при взрыве очень токсичны. Автор заряжает батарейный блок источником питания 58.8В с током 2А.
Шаг восьмой. Изоляция батареи
Хорошо заизолируйте батарейный блок. Для этого вам понадобится специальная термоусадочная пленка. Оборачиваем ей аккумуляторы и потом прогреваем термофеном. Вот и все, теперь наши ячейки надежно защищены от влаги, грязи и пыли.
Шаг девятый. Собираем велосипед и тестируем
Устанавливаем на раму двигатель, а также батарейный блок, который крепится к раме при помощи ремней. Между батарей и двигателем рекомендуется установить выключатель. Он не обязателен, так как на двигателе есть выключатель, но это дополнительная мера безопасности. Подвешиваем колесо и пробуем включить двигатель. Если все работает, отлично, можно попробовать попереключать скорости.
Шаг десятый. Измеритель мощности
Технический директор REG.RU Валерий Студенников попытался решить транспортную проблему лично для себя, а затем превратил своё хобби в интересный стартап.
Представляем вашему вниманию рассказ основателя Electron Bikes о том, как сделать мощный электровелосипед своими руками, почему любителей скорости не устраивают существующие модели байков и до какой скорости может разгоняться обычный с виду велосипед.
Первое знакомство с электробайками
Впервые я увидел электровелосипеды четыре года назад, в 2011 году, на веловыставке в Москве. Дорогие, неказистые, очень слабые по характеристикам, но чем-то они зацепили, появилось желание приобщиться к этому интересному виду транспорта. Изучение рынка на тот момент показало, что купить готовый электробайк с хорошими характеристиками по адекватной цене просто нереально. На рынке представлены либо очень маломощные и низкоскоростные велосипеды с небольшой батареей («слабый» во всех отношениях Китай или дорогая, гламурная, но такая же тихоходная Европа), либо супер-дорогие монстры, чья стоимость у производителя начинается от $10000 (Stealth Electric Bikes, Hi-Power Cycles), у которых тоже есть свои недостатки (неадекватно большой вес из-за тяжёлой рамы и тяжёлого мотор-колеса, слабая тяга «на низах» из за применения безредукторных моторов, небольшой запас хода).Но настойчивое желание получить бесшумный, лёгкий и при этом мощный и резвый электровелосипед никуда не исчезло. Поэтому пришлось выбрать единственный доступный вариант - собирать байк самому из имеющихся на рынке комплектующих, как это делают многие другие энтузиасты .
Первый блин
Первым «комом» была попытка собрать байк на основе киловаттного мотор-колеса MagicPie со встроенным контроллером, купленного в комплекте с батареей 10 А*ч для установки на багажник. Собрать аппарат удалось, однако радость от нового велосипеда, разгонявшегося до невиданных 42 км/ч, была недолгой - багажник под весом батареи прожил ровно три дня, сломавшись на разбитых самарских дорогах. Управляемость и развесовка при таком расположении батареи также не сильно радовали. Тяжело приходилось и заднему колесу, которое и без того прибавило в весе - на скорости в очередной яме можно было легко пробить камеру или даже погнуть задний обод.
Поэтому при следующей доработке батарея с помощью самодельных креплений перекочевала на нижнюю трубу велосипеда. В результате развесовка получилась лучше, но выглядела конструкция страшно и неприлично. Для описания подобных творений очумелых ручек у отечественный байкостроителей появился даже устоявшийся термин - «шахид-дизайн» .
На байке с более правильной развесовкой можно было уже довольно комфортно ездить, но стало понятно, что стандартной батареи 500 Вт*ч (50 В, 10 А*ч) для велосипеда мощности выше среднего хватает ненадолго - на электричестве можно доехать из пункта А в пункт Б, а обратно уже только на педалях. В итоге была куплена большая батарея 1000 Вт*ч (50 В, 20 А*ч), которая в передний треугольник рамы вроде бы влезала, но закрепить её пришлось изолентой;) Выглядело всё это вот так:
У получившегося монстра из-за ширины батареи даже не вращались педали.
Понятно, что оставлять это так было нельзя.
Нужно было что-то придумать с батареей - изменить её пространственную компоновку, чтобы за неё не задевали педали, и разобраться с её креплением, изготовив надёжный батарейный бокс. Для выполнения этой задачи после долгих поисков и отсеивания кандидатов был привлечён Александр Костюк - знакомый по велоклубу «ВелоСамара», который также глубоко проникся идеей проектирования электровелосипеда. Имея за плечами многолетний опыт конструирования и постройки различных прототипов всего что только движется, он взялся за задачу построения бокса. Решено было сделать его из листа АМг (сплав алюминия с магнием) толщиной 2.5 мм, соединив алюминиевыми уголками. Окраска бокса - порошковая. Также на велосипед был установлен ваттметр Cycle Analyst, позволяющий измерять кучу показателей, включая расход энергии в ватт-часах на километр. С таким прибором можно было больше не переживать, что батарея неожиданно разрядится в самый неподходящий момент - каждый потраченный ампер-час или ватт-час на счету. В итоге получился вот такой байк:
На таком аппарате с ёмкой, удобно и надёжно закреплённой батареей уже можно было спокойно кататься по городу без опасения, что что-нибудь отвалится в самый неподходящий момент. Да и выглядел велосипед уже поприличнее. Готов был байк аккурат под зиму 2012-2013 и отлично показал себя в зимних условиях, включая езду и в снегопады, и в метель и в морозы минус 35 градусов.
Только вперёд!
После успешного завершения постройки первого аппарата, возникла идея продолжить конструировать электробайки совместно с Сашей. У меня было некое видение того, что хочется, а у Саши - огромный конструкторский опыт.Мы решили не останавливаться на достигнутом ещё и потому, что на российском рынке на тот момент просто не было электровелосипедов (да и сейчас нет), на которых нам самим хотелось бы ездить. Ниша достаточно мощных (сопоставимых по скорости и динамике со скутером или мотоциклом) и при этом лёгких и адекватных по цене электровелосипедов была совершенно пуста. А маломощные велосипеды меня и Сашу совершенно не интересовали, ведь нам, активным и молодым, хотелось кататься «с ветерком», чтобы байк при этом имел приличный пробег и надёжную конструкцию для езды по суровым российским дорогам и бездорожью.
Решено было создать универсальный электрокомплект, позволяющий превратить любой современный горный велосипед в электро. Горные велосипеды были выбраны в качестве базы не случайно - они очень популярны в России (количественно составляют основной класс велосипедов для взрослых), универсальны (позволяют ездить как по городу, так и по бездорожью) и надёжны. Также немаловажно, что детали и узлы горных велосипедов стандартизованы, что позволяет также стандартизовать электрокомплект.
Предстояло подобрать адекватные комплектующие для байка и решить ещё целый ряд инженерных задач:
- Подобрать мотор, способный выдавать большую мощность и момент, при этом лёгкий.
- Собрать компактную и лёгкую батарею достаточной ёмкости, способную держать большие токи.
- Укрепить дропауты заднего колеса, чтобы в них не проворачивалась ось высокомоментного двигателя.
- Разработать датчики срабатывания для гидравлических тормозов (серийные гидротормоза с датчиками только начинают появляться в продаже и имеют свои недостатки), ведь автоматическое отключение мотора при нажатии тормозов - одно из базовых стандартных требований для электробайков. А механические тормоза уже не подходят по характеристикам для безопасного торможения на тех скоростях, что мы намеревались достичь.
- Продумать решения для питания передней фары и заднего фонаря (с сигналом) от бортового напряжения электровелосипеда, предусмотрев встроенный преобразователь постоянного тока.
- Определиться с подходящими разъёмами (желательно герметичными), велокомпьютерами-ваттметрами, светотехникой и многим другим.
Итоговое решение должно было быть простым в монтаже, технологичным и дешёвым в изготовлении.
Вот один из первых этапов на этом пути, бокс построенный весной 2013 года:
Вот ещё один из промежуточных этапов:
Что получилось?
В результате года работы и экспериментов были разработаны по-настоящему универсальные и гораздо более эстетичные коробки, электрокомплекты и велосипеды на их базе:
Характеристики этих аппаратов:
- скорость - до 63 км/ч;
- мощность - до 2.5 кВт;
- ёмкость батареи - до 1 кВт*ч;
- дальность пробега - 40 км на максимальной скорости (63 км/ч) и до 100 км в режиме «эконом» (30 км/ч).
В условиях пересечённой местности байк тоже не пасует:
Ещё видео
Велосипед или мотоцикл?
Байки на базе созданного электрокомплекта получились действительно очень резвые, способные полноценно двигаться в городском потоке на скорости 60 км/ч. По новым правилам, регламентирующим мощность и скорость электробайков, они формально не относятся ни к велосипедам (чья мощность на электротяге ограничена 250 Вт и 25 км/ч), ни даже к мопедам (чья конструктивная скорость не должна превышать 50 км/ч), а относятся к классу мотоциклов. Притом что внешний вид этого байка не вызывает особых подозрений - обычный с виду велосипед c коробкой внутри рамы. Да и вес аппарата не сильно увеличился, мощный электрокомплект добавляет всего 14 кг к велосипеду, в результате вес готового байка получается в районе 26 кг. Такой аппарат взрослому мужчине вполне по силам поднимать по лестнице, переносить через препятствия.Так что получился функционально вполне себе мопед, но в велосипедной оболочке. В результате можно пользоваться преимуществом обоих видов транспорта: велосипеду у нас везде «зелёный свет» (пешеходные зоны, тротуары, наземные и подземные переходы, переходные эстакады, парки, тропинки да и просто бездорожье), при этом на дороге доступна скорость и динамика мопеда / скутера (при большей, чем у любого скутера или мотоцикла маневренности), что делает мощный электровелосипед в условиях реального трафика самым быстрым наземным городским транспортом.
И хотя мощность наших стандартных электрокомплектов и без того сравнима с мопедом, в качестве спортивного интереса и эксперимента (весьма не дешёвого, как оказалось после подсчёта стоимости всех комплектующих), были собраны тяжёлые и мощные электровелосипеды на базе специализированных пространственных рам от Qulbix:
И украинской «рамы Чоботара»:
Эти 6-10-киловаттные монстры способны развивать скорость уже до 90 км/ч, имея при этом динамику лёгкого мотоцикла. А при открытии полного газа с места привстают «на козла». Батарея 3 кВт*ч позволяет проехать 120 км на скорости 40 км/ч или 40 км на скорости 90 км/ч, благодаря чему можно использовать такой байк в качестве дальнобойного загородного транспорта и для езды по трассе.
Что дальше?
Конструкция электрокомплектов и электровелосипедов Electron Bikes продолжает постоянно улучшаться. Уже скоро будут готовы к промышленному серийному выпуску две модели велосипеда:«Стандарт» (на базе обычной велосипедной рамы): мощность 2.2 кВт, ёмкость батареи 1 кВт*ч, скорость до 63 км/ч;
Электрочопперы (без педалей) «Электро-классик»: мощность 6 кВт, скорость до 85 км/ч, ёмкость двух съёмных батарей до 3 кВт*ч;
И «Электро-боббер».
.
Последний также оборудован уникальной параллелограммной вилкой из титана, выпущенной ограниченным тиражом.
Немного об устройстве электровелосипеда
Под конец немного об устройстве и компонентах электровелосипеда, а также о технических сложностях, стоящих на пути создателей мощного байка.
Основные электрические компоненты электровелосипеда
“Сердцем” или мускулами электровелосипеда является электромотор (подробнее о моторах и их типах ниже). В современных электровелосипедах используются бесколлекторные синхронные двигатели постоянного тока (Brushless Direct Current Motor или BLDC), позволяющие эффективно работать в широком диапазоне оборотов с высоким моментом. Изредка используются асинхронные моторы, в качестве центральных. (Про “Двигатели Шкондина”, про которые так много шуму в интернете, можно выпустить отдельный разоблачающий материал;).
“Мозг” же электробайка - контроллер . Контроллер управляет электродвигателем, подавая в нужный момент питание на его обмотки в зависимости от требуемой скорости вращения и мощности. Контроллер также управляет всей всей “логикой” велосипеда: на входе получая сигналы от положении ручки газа, переключателей режимов работы (можно, например, в разных режимах ограничивать скорость, мощность или даже включать задний ход), кнопки круиз-контроля (очень помогает при езде в загородном режиме), сигналы с датчиков тормозов (т.к. нужно выключать питание мотора при нажатии ручки тормоза или даже включать рекуперативное торможение двигателем, если оно поддерживается) и т.п.
Энергия для питания сердца и мозга электробайка запасается в аккумуляторной батарее
. Обычное напряжение батарей электровелосипедов - от 36 В до 48 В. Скоростные аппараты могут комплектоваться высоковольтными батареями (до 100 В).
В настоящее время в подавляющем большинстве электровелосипедов используются литиевые батареи (подробнее об их типах ниже), имеющие наилучшую энергоёмкость. Тяжёлые свинцовые батареи применяются лишь на самых дешёвых аппаратах.
Батарея состоит из отдельных аккумуляторных ячеек, соединённых последовательно / параллельно.
У батареи также есть свой “мозг” - это система управления батареей (Battery Management System или BMS ). Защищает батарею от перезаряда, переразряда, превышения допустимого тока, а также балансирует отдельные ячейки батареи, чтобы они разряжались равномерно.
Для отображения всей необходимой информации и точного “подсчёта калорий” необходим ваттметр , позволяющий точно сказать, сколько энергии потрачено и сколько ещё осталось. Специализированный ваттметр сочетает в себе функции велокомпьютера, считая также скорость, расстояние и производные показатели, такие как как энергопотребление на километр пути (Вт*ч / км).
Для питания низковольтных потребителей (фара, задний фонарь, гудок, повторотники) необходимо снижать бортовое напряжение до более низкого (5, 8 или 12 вольт). Для этого используются высокоэффективные преобразователи постоянного тока (DC-DC ).
Сложности переходного возраста
Задача создания мощного байка осложняется тем, что вся индустрия комплектующих для электровелосипедов в данное время рассчитана на маломощные аппараты. Класс мощных и скоростных электробайков, стоящих на полпути к мотоциклам, только формируется, поэтому создателям таких аппаратов на каждом шагу приходится что-то придумывать.Батареи
Серийно выпускаемые батареи для электровелосипедов создаются, как правило, из элементов, не способных выдерживать большие токи. C-rating (отношение тока, которое способна выдавать батарея, к ёмкости батареи, выраженной в ампер-часах) серийных батарей, составленных, как правило, из литий-ионных ячеек, не более 1, в то время как под мощные велосипеды, которые мы создаём, требуются батареи с C-рейтингом минимум 2.5. То есть, например, при ёмкости 20 А*ч способные длительно выдавать ток 50 A. Что при 50-вольтовой батарее позволило бы выдавать мощность 2.5 кВт - интересующий нас минимум. В результате батареи приходится паять (а сейчас уже сваривать с помощью точечной сварки) самостоятельно из подходящих для этого элементов. Поиск и подбор подходящих по характеристикам элементов, их тестирование и отбраковка - также отдельная задача. Сейчас мы используем призматические элементы LiFePO4 и LiNiCo, позволяющие создать энергоёмкие и компактные батареи.Основные типы литиевых аккумуляторных элементов
- LiFePO4 (литий-железо-фосфатные). Могут эксплуатироваться на морозе до -30 градусов, доступен быстрый заряд за 45 мин, имеют самое большое число циклов заряда-разряда (1500-2000), позволяют отдавать большую мощность, пожаробезопасны, не горючи. Однако, имеют вдвое более низкую удельную ёмкость, чем у литий-ионных аккумуляторов (т.е. в 2 раза выше вес при той же ёмкости), относительно дороги (но удельная цена эксплуатации самая низкая из за большого числа циклов).
- Используются нами в качестве основного решения в комплектах для велосипедов-хардтейлов, однако из за своих габаритов не подходят для установки в передний треугольник рамы велосипедов-двухповесов, где очень мало свободного места.
- Li-Ion (литий-ионные). Классические литиевые батареи, используемые в основном для питания электроники. Они наиболее легкие и ёмкие, наиболее дешёвые, имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч/кг). Однако, имеют узкий температурный диапазон эксплуатации (от 0 до +40 градусов Цельсия), небольшое число циклов заряда-разряда (300-400), не позволяют отдавать большие токи. Эти батареи наиболее часто используются в маломощных электровелосипедах, но для мощных аппаратов они малопригодны из за низкого C-rating.
- LiPo (литий-полимерные). Высокая энергоёмкость, почти такая же, как у элементов Li-Ion. Допускают высокие разрядные токи, высокий C-rating. Однако, как и Li-Ion имеют меньшее число циклов заряда-разряда (300-700) и узкий температурный диапазон: при эксплуатации ниже 0 выходят из строя, а на жаре, от короткого замыкания или механических повреждений могут воспламениться. Из за своей высокой пожароопасности на электровелосипедах применяются только бесстрашными энтузиастами.
- LiNiCo / LiNiCoMnO2 (литий-никель-кобальт). Имея преимущества LiPo (высокую энергоёмкость и способность выдавать большие токи), лишены их недостатков: имеют более широкий температурный диапазон, и, главное пожаробезопасны. В результате своей компактности используются нами в электрокомплектах, предназначенных для установки на велосипеды-двухподвесы.
Моторы
Но самую большую проблему в задаче создания мощного и лёгкого электровелосипеда представляют собой моторы.Серийные моторы либо слишком маломощные, либо тяжёлые, либо имеют низкий КПД, либо перегреваются, либо всё вместе сразу;)
Моторы, применяемые для электровелосипедов, можно разделить на три класса, у каждого из которых есть свои недостатки применительно к мощным электробайкам.
Безредукторные мотор-колёса (direct-drive)
Усилие магнитного поля передается сразу на колесо, потому и зовутся direct drive (прямой привод).
Неприхотливы, надёжны, так как в них нет никаких изнашивающихся элементов, кроме подшипников. Допускают использование в качестве электрического тормоза для рекуперативного торможения. Но имеют два больших недостатка.
Первый - большой вес. Например, мотор номинированный на 2.5 kW будет весить в среднем от 7 кг, а мотор на 6 kW целых 12 кг. Это сильно сказывается на весе готового велосипеда. Кроме того, размещение тяжёлого мотора в заднем колесе смещает назад центр тяжести (велосипед становится неудобно носить, совершать на нём трюки / прыгать), а также увеличивает “неподрессоренную массу” колеса, что в худшую сторону сказывается на его живучести, повышая требования к прочности обода, толщине спиц. В связи с этим колёса с тяжёлыми директ-драйвами часто спицуются в мото-обод, т.к. подобрать велосипедные обода нужной прочности сложно.
Второй недостаток - низкий КПД при езде на низких оборотах. Например, при езде в горку, по грязи, песку или бездорожью, где разогнаться не получается, такой мотор будет сильно перегреваться. Например, при езде в горку 20% сферический мотор direct drive на 6 кВт будет работать примерно на 20% своего КПД, а 80% будет уходить в тепло. В таком режиме мощный мотор-колесо может перегреться и сгореть за пару минут, если его вовремя не отключить (обычно реализуют автоматическое отключение мотора по сигналу с термодатчика). Что неудивительно: при слабом теплоотводе в замкнутом пространстве мотора и работе в режиме низкого КПД обмотки нагреваются со скоростью мощного электрического чайника (4.8 кВт в нагрев в нашем примере с 6 кВт мотором). Впрочем, чтобы “чайник” нагревался медленнее, в него можно «налить воды» - отдельные энтузиасты решают проблему с помощью водяного охлаждения .
Редукторные (geared) мотор-колёса
Содержат встроенный планетарный редуктор, обычно имеющий передаточное число 5:1. Имеют меньший вес при той же мощности, больший КПД “на низах” по сравнению с безредукторными моторами. Однако, механически менее надёжны (больше движущихся механический частей) и не поддерживают рекуперативное торможение. Но, главное, серийно не выпускаются для мощностей больше 1000 Вт.
Центральные моторы (middrive)
Миддрайвы, как следует из их названия - это внешний привод с высокооборотистым электромотором, устанавливаемый как правило в районе кареточного узла, передающий усилие через систему цепей, шестерен или ремней. Позволяют добиться наилучшего соотношения мощность-вес (чем выше обороты электромотора, тем более лёгким его можно сделать при той же мощности). Например, авиамодельные двигатели при мощности 6 кВт могут весить лишь чуть более килограмма:
Для сравнения, мотор-колёса direct-drive той же номинальной мощности (Cromotor, Crystalite, Quanshun) весят 12 (!) кг. Также расположение мотора ближе к центральной части велосипеда даёт более правильную развесовку, позволяя использовать такие велосипеды в том числе для прыжков и трюков. Могут работать в оптимальных режимах даже на крутых склонах и глубокой грязи.
Однако, мощность серийных центральных моторов для электровелосипедов обычно ограничивается 500 Вт. Наиболее мощное решение, доступное на данный момент - набор от Cyclone на 1500 Вт:
Более мощные решения на базе центральных моторов собираются энтузиастами самостоятельно, серийных готовых предложений нет. При у создателей таких мощных байков этом возникает ряд технических задач.
Редукция
. Для высокооборотисных моторов для снижения оборотов (с нескольких тысяч до 500-700) необходимо применять редуктор (готовых специализированных редукторов нет, каждый изобретает сам) либо цепную / ременную передачу с высоким передаточным отношением (изготавливая самостоятельно звёзды нужного диаметра).
UPD: Впрочем, решения начинают появляться .
Передача
. Для высокомощных двигателей стандартная цепь от многоскоростных горных велосипедов не подходит - она попросту порвётся или будет изнашиваться очень быстро. Необходимо использовать широкую прочную цепь для односкоростных велосипедов BMX, цепь от мопеда или минибайка или высокопрочный ремень. А это часто ведёт к необходимости изготовления нестандартных шестерёнок, втулок и обгонной муфты.
Охлаждение
. Компактные высокооборотистые моторы (часто в качестве миддрайвов применяют авиамодельные двигатели, рассчитанные на эксплуатации в условиях очень интенсивного обдува воздухом), при использовании на электровелосипедах требуют отдельного подхода к охлаждению: принудительного обдува, установки радиатора, обработки обмоток теплопроводным составом для лучшего отвода тепла и т.п.
Переключение скоростей
. Если для передачи таки используется велосипедная цепь и стандартная велосипедная кассета для переключении передач, то при переключении под высокой нагрузкой кассета очень быстро придёт в негодность. Не сильно спасают положение и планетарные втулки, лишь некоторые из которых способны переключаться под нагрузкой. Более живучий вариант - вариаторные втулки NuVinchi, позволяющие плавно менять передаточное соотношение. Другая проблема - в городском цикле постоянное ручное переключение скоростей неудобно, нужно следить не только за ручкой газа, но и за ручкой переключения передач, что снижает простоту и удобство управления электровелосипедом. Выходом здесь могут являться автоматические планетарные / вариаторные втулки, появившиеся в последнее время. Тем не менее в мощных (от 2 кВт) велосипедах с центральным мотором от переключения передач часто отказываются, что упрощает конструкцию и управление, благо выскокооборотистый синхронный двигатель с редукцией позволяет выдавать высокий момент на любой скорости.
А ещё восокооборотистые двигатели, редукторы и цепные передачи шумят.
Тем не менее, благодаря своим преимуществам, центральные моторы имеют огромный потенциал и всё чаще будут использоваться в мощных электровелосипедах по мере появления готовых узлов и решений. Пока, тем не менее, мощные миддрайвы остаются уделом отдельных энтузиастов или фирм, создающих индивидуальные решения под себя .
Вело-компоненты
Велосипедные компоненты для заряженного байка также испытывают повышенные нагрузки и требуют внимательного подбора.Прочные колёса
Для мотор-колёс нужен усиленный обод (обычный может смяться от увеличенной нагрузки на колесо, высокой скорости и “колдобин” на дорогах), более толстые спицы. Зачастую с тяжёлыми мотор-колёсами применяют мото-обод.
Мощные и износостойкие тормоза
Для оттормаживания тяжёлого велосипеда на высоких скоростях нужны хорошие гидравлические тормоза с увеличенным диаметром диска и большим ресурсом колодок.
Фактически специализированных тормозов для мощных электровелосипедов не существует или они только начинают появляться . Поэтому используются либо обычные тормоза, с трудом справляющиеся с нагрузкой и быстро изнашивающиеся, либо наиболее мощные тормоза для вело-даунхилла, которые очень дороги. Также можно использовать тормоза от минибайка, самостоятельно приспосабливая их к велосипедным стандартам (изготавливая переходники для крепления тормозной машинки, тормозного диска или даже сам тормозной диск).
Усиленные вилки
Велосипедные амортизаторы также испытывают повышенный износ при работе на больших скоростях при увеличенном весе аппарата. Для наиболее мощных и тяжёлых электровелосипедов единственным подходящим по прочности выбором являются двухкоронные вилки для даунхилла; однако, предназначенные для отработки очень больших неровностей, они слишком мягкие для езды по асфальту.
* * *
Таким образом, класс мощных электровелосипедов требует особого внимания к компонентам, многие из которых слишком дороги или требуют доработки. Специализированных компонентов для байков, стоящих посередине между велосипедом, мопедом и мотоциклом, либо не существует, либо они только начинают производиться. Это создаёт определённые сложности, но также и открывает простор для творчества.
Транспорт или развлечение?
Тем не менее, мы верим, что мощный электровелосипед - персональный транспорт будущего, который будет набирать популярность. Обладая всеми практическими достоинствами и скоростью скутера, он более универсальный и проходимый, маневренный, бесшумный, экологичный, дешёвый в эксплуатации. Электровелосипед можно хранить дома, для него не нужен гараж или охраняемая стоянка, как для мотоцикла или скутера, который опасно оставлять на ночь на улице.Однако это не только практичный транспорт, это ещё и прекрасный способ проведения досуга: катание на скоростном бесшумном байке по пересечённой местности в режиме «эндуро» - нескончаемый источник адреналина. Также, в отличие от скутера или мотоцикла, который с наступлением холодов ставится в гараж, на электробайке
