Электровелосипед. Подробности и первые итоги.
Суббота ознаменовалась достижением цели: я поехал кататься и не упоролся :) . Посему настала пора рассказать технические подробности про электровелосипед, он же е-байк.
Итак, как я уже рассказывал, в начале этого сезона я оборудовал свой велосипед электроприводом (с возможностью быстрого возвращения в исходное состояние). Вот как это выглядит:
Как видно, внешне почти ничего не выдаёт в велосипеде его принадлежность к электротранспорту. На вид - это всё тот же мой боевой Atom XC400, только с необычно большой, если приглядеться, передней втулкой, какой-то белой пластиковой коробкой на багажнике и непонятными проводами, уходящими в маленькую подрамную сумочку.
Большая передняя втулка - это и есть электромотор. Вполне современный и высокоэффективный - бесколлектроный трёхфазный асинхронный двигатель переменного тока, мощность 330 Вт постоянная и до 500-600 Вт кратковременная. Как видите, вполне солидная мощность для таких скромных габаритов. Так как переднее колесо теперь тоже ведущее, и на него приходятся гораздо большие нагрузки, чем в обычном велосипеде, пришлось применить толстые усиленные спицы. Остаётся надеяться, что мощная штатная вилка моего велосипеда выдержит возросшие нагрузки - были случаи, когда на дешёвых велосипедах мощное моторколесо просто вырывало вилку.
Поскольку мотор - переменного тока, то понятно, что напрямую от аккумулятора он работать не может. Да и скорость регулировать как-то надо. Для управления работой мотора предусмотрен контроллер - небольшой электронный блок, он то и прячется в сумочке. Он имеет кучу функций - регулировка скорости (с обратной связью от датчиков в колесе), контроль тока потребления и напряжения батареи, круиз-контроль, измерение скорости и ещё много чего. При этом кпд его весьма высок: даже на максимальной мощности корпус контроллера едва тёплый. Минимум потерь, вся драгоценная энергия аккумулятора расходуется только на движение!
Самая тяжёлая и самая дорогая деталь - это аккумулятор. Он в три раза дороже мотора. Это та самая белая пластиковая коробка на багажнике. При весе чуть более 4 кг он имеет напряжение 36 В и ёмкость 10 Ач. При выборе аккумулятора приходится балансировать между его ёмкостью (а значит - пробегом на одном заряде) и весом.
Про типы аккумуляторов я расскажу чуть подробнее.
Первый тип - это герметичный свинцовый (SLA или AGP). Это такие же аккумуляторы, какие применяют в компьютерных источниках бесперебойного питания. Использовать их на электровелосипеде, на мой взгляд, можно только при сильной ограниченности в средствах - они недороги, но при этом очень тяжёлые и имеют небольшую ёмкость и плохие тяговые характеристики.
Другие типы аккумуляторов - литиевые.
Самый лёгкий - литий-полимерный (Li-pol). Они реально почти невесомые по сравнению со всеми остальными типами, и к тому же имеют самую высокую удельную ёмкость. Но расплатой за это является их теплолюбивость (на холоде их характеристики резко ухудшаются), и недолговечность, особенно при больших токах разряда, а такие токи как раз характерны для электротранспорта.
Самый прогрессивный и, увы, самый дорогой тип аккумулятора - литий-железо-фосфатный (LiFePO4), или, как их называют, лифер. Его-то я и использую. Хоть он и не самый лучший в плане отношения ёмкость/вес, но зато самый долговечный, самый терпеливый к жёстким условиям эксплуатации и умеет отдавать запасённую энергию "до донышка" даже на больших разрядных токах.
Третий тип литиевых аккумуляторов - классический литий-ионный (Li-ion). Он и по весу, и по характеристикам занимает промежуточное место между Li-pol и LiFePO4.
Аккумуляторы выполняют в самых разных конструктивных исполнениях: и для крепления на подседельный штырь (небольшой ёмкости), и для установки на стандартное место для велофляги (такое размещение обеспечивает наилучшую развесовку велосипеда), и в виде навесных сумок, и просто в виде коробок и блоков без какого-либо крепления - для перевозки на велобагажнике. Я выбрал, как мне показалось, самый интересный вариант: это комплект из велобагажника особой конструкции и аккумулятора в прочном пластиковом боксе. Аккумулятор вставляется в нижний отсек багажника и фиксируется в нём "ключом зажигания" так, что снять аккумулятор без ключа нельзя (поворот этого же ключа в следующее положение замыкает цепь питания), а верх багажника можно использовать как обычно, к нему даже придаётся хитрая резинка для фиксации грузов. Но не учёл я одного: рафинированно-спортивная рама моего Atom XC400 не имеет стандартных точек крепления багажника, и поэтому пришлось поломать голову над самодельным креплением. Ещё один выявленный мной недостаток этой модели - расположение разъёма подключения снизу, из-за чего я имею некоторые проблемы с его защитой от воды и грязи.
Почему я всё же выбрал схему именно с передним моторколесом, когда есть считающиеся более прогрессивными и удачными решения с задним моторколесом или с подвесным мотором на раме? Причин две: во-первых, этот вариант даёт возможность быстрого, буквально за несколько минут, преобразования велосипеда в электрический и обратно (достаточно лишь заменить переднее колесо), и, во-вторых, я имею - кроме шуток! - полноприводный велосипед! Ведь педальный привод никуда не делся, и я могу использовать его независимо от мотора.
Ну а теперь - самое интересное: как же всё это ездит? Ездить можно по-разному. Можно, не включая мотор, ехать как на обычном велосипеде. Разницы практически не чувствуется, накат очень хороший, мотор не даёт никакого тормозящего эффекта, т.к. функцию рекуперации я не использую.
Можно ехать чисто на моторе, используя педали лишь как подставки для ног - в этом режиме скорость достигает 30-33 км/ч по ровному и 20 км/ч на подъёме, а заряда хватает примерно на 30 км.
Но самый интересный режим - это ехать на педалях, при необходимости помогая себе мотором. Как вам такое - весело катиться, крутя педали и забыв, что такое подъёмы! Дорога в горку? Ерунда! Лёгкое нажатие на ручку газа, и я взлетаю на подъём, не напрягаясь и не меняя ритм движения.
А ещё есть такой кошмар велосипедиста, как рыхлый песок или мокрая глинистая дорога, на которых переднее колесо начинает немилосердно вихляться, уходя в занос, а усилие на педалях резко возрастает, так как его велосипед проталкивать чуть ли не юзом. Так вот - для меня это больше не кошмар! В полном соответствии с законами физики, переднее колесо, став ведущим, стабилизирует траекторию, перестаёт вилять, и я довольно легко еду и по песку, и по мокрой глине, пользуясь всеми преимуществами полного привода. Главное - поймать баланс между усилием на педалях и оборотами мотора.
В таком гибридном режиме езды аккумулятора должно хватить более чем на 80 км. Полностью высадить аккумулятор мне не ещё удавалось, а после 60 км у меня было ещё примерно 40% заряда.
Ну и ещё такой приятный момент. Я хорошо прокатился по лесам и полям, устал, день клонится к вечеру, но ещё нужно выбираться в цивилизацию, монотонно вкручивая километры по унылому асфальту и прикидывая время до электрички. А зачем? Можно расслабиться, устроить ноги на педалях поудобнее, крутануть ручку газа до упора и, уже не думая об оставшемся заряде, с ветерком гнать до финиша, ловя на себе подчас недоумённые взгляды обгоняющих автомобилистов.
В общем, мне всё это нравится.
Итак, как я уже рассказывал, в начале этого сезона я оборудовал свой велосипед электроприводом (с возможностью быстрого возвращения в исходное состояние). Вот как это выглядит:
Как видно, внешне почти ничего не выдаёт в велосипеде его принадлежность к электротранспорту. На вид - это всё тот же мой боевой Atom XC400, только с необычно большой, если приглядеться, передней втулкой, какой-то белой пластиковой коробкой на багажнике и непонятными проводами, уходящими в маленькую подрамную сумочку.
Большая передняя втулка - это и есть электромотор. Вполне современный и высокоэффективный - бесколлектроный трёхфазный асинхронный двигатель переменного тока, мощность 330 Вт постоянная и до 500-600 Вт кратковременная. Как видите, вполне солидная мощность для таких скромных габаритов. Так как переднее колесо теперь тоже ведущее, и на него приходятся гораздо большие нагрузки, чем в обычном велосипеде, пришлось применить толстые усиленные спицы. Остаётся надеяться, что мощная штатная вилка моего велосипеда выдержит возросшие нагрузки - были случаи, когда на дешёвых велосипедах мощное моторколесо просто вырывало вилку.
Поскольку мотор - переменного тока, то понятно, что напрямую от аккумулятора он работать не может. Да и скорость регулировать как-то надо. Для управления работой мотора предусмотрен контроллер - небольшой электронный блок, он то и прячется в сумочке. Он имеет кучу функций - регулировка скорости (с обратной связью от датчиков в колесе), контроль тока потребления и напряжения батареи, круиз-контроль, измерение скорости и ещё много чего. При этом кпд его весьма высок: даже на максимальной мощности корпус контроллера едва тёплый. Минимум потерь, вся драгоценная энергия аккумулятора расходуется только на движение!
Самая тяжёлая и самая дорогая деталь - это аккумулятор. Он в три раза дороже мотора. Это та самая белая пластиковая коробка на багажнике. При весе чуть более 4 кг он имеет напряжение 36 В и ёмкость 10 Ач. При выборе аккумулятора приходится балансировать между его ёмкостью (а значит - пробегом на одном заряде) и весом.
Про типы аккумуляторов я расскажу чуть подробнее.
Первый тип - это герметичный свинцовый (SLA или AGP). Это такие же аккумуляторы, какие применяют в компьютерных источниках бесперебойного питания. Использовать их на электровелосипеде, на мой взгляд, можно только при сильной ограниченности в средствах - они недороги, но при этом очень тяжёлые и имеют небольшую ёмкость и плохие тяговые характеристики.
Другие типы аккумуляторов - литиевые.
Самый лёгкий - литий-полимерный (Li-pol). Они реально почти невесомые по сравнению со всеми остальными типами, и к тому же имеют самую высокую удельную ёмкость. Но расплатой за это является их теплолюбивость (на холоде их характеристики резко ухудшаются), и недолговечность, особенно при больших токах разряда, а такие токи как раз характерны для электротранспорта.
Самый прогрессивный и, увы, самый дорогой тип аккумулятора - литий-железо-фосфатный (LiFePO4), или, как их называют, лифер. Его-то я и использую. Хоть он и не самый лучший в плане отношения ёмкость/вес, но зато самый долговечный, самый терпеливый к жёстким условиям эксплуатации и умеет отдавать запасённую энергию "до донышка" даже на больших разрядных токах.
Третий тип литиевых аккумуляторов - классический литий-ионный (Li-ion). Он и по весу, и по характеристикам занимает промежуточное место между Li-pol и LiFePO4.
Аккумуляторы выполняют в самых разных конструктивных исполнениях: и для крепления на подседельный штырь (небольшой ёмкости), и для установки на стандартное место для велофляги (такое размещение обеспечивает наилучшую развесовку велосипеда), и в виде навесных сумок, и просто в виде коробок и блоков без какого-либо крепления - для перевозки на велобагажнике. Я выбрал, как мне показалось, самый интересный вариант: это комплект из велобагажника особой конструкции и аккумулятора в прочном пластиковом боксе. Аккумулятор вставляется в нижний отсек багажника и фиксируется в нём "ключом зажигания" так, что снять аккумулятор без ключа нельзя (поворот этого же ключа в следующее положение замыкает цепь питания), а верх багажника можно использовать как обычно, к нему даже придаётся хитрая резинка для фиксации грузов. Но не учёл я одного: рафинированно-спортивная рама моего Atom XC400 не имеет стандартных точек крепления багажника, и поэтому пришлось поломать голову над самодельным креплением. Ещё один выявленный мной недостаток этой модели - расположение разъёма подключения снизу, из-за чего я имею некоторые проблемы с его защитой от воды и грязи.
Почему я всё же выбрал схему именно с передним моторколесом, когда есть считающиеся более прогрессивными и удачными решения с задним моторколесом или с подвесным мотором на раме? Причин две: во-первых, этот вариант даёт возможность быстрого, буквально за несколько минут, преобразования велосипеда в электрический и обратно (достаточно лишь заменить переднее колесо), и, во-вторых, я имею - кроме шуток! - полноприводный велосипед! Ведь педальный привод никуда не делся, и я могу использовать его независимо от мотора.
Ну а теперь - самое интересное: как же всё это ездит? Ездить можно по-разному. Можно, не включая мотор, ехать как на обычном велосипеде. Разницы практически не чувствуется, накат очень хороший, мотор не даёт никакого тормозящего эффекта, т.к. функцию рекуперации я не использую.
Можно ехать чисто на моторе, используя педали лишь как подставки для ног - в этом режиме скорость достигает 30-33 км/ч по ровному и 20 км/ч на подъёме, а заряда хватает примерно на 30 км.
Но самый интересный режим - это ехать на педалях, при необходимости помогая себе мотором. Как вам такое - весело катиться, крутя педали и забыв, что такое подъёмы! Дорога в горку? Ерунда! Лёгкое нажатие на ручку газа, и я взлетаю на подъём, не напрягаясь и не меняя ритм движения.
А ещё есть такой кошмар велосипедиста, как рыхлый песок или мокрая глинистая дорога, на которых переднее колесо начинает немилосердно вихляться, уходя в занос, а усилие на педалях резко возрастает, так как его велосипед проталкивать чуть ли не юзом. Так вот - для меня это больше не кошмар! В полном соответствии с законами физики, переднее колесо, став ведущим, стабилизирует траекторию, перестаёт вилять, и я довольно легко еду и по песку, и по мокрой глине, пользуясь всеми преимуществами полного привода. Главное - поймать баланс между усилием на педалях и оборотами мотора.
В таком гибридном режиме езды аккумулятора должно хватить более чем на 80 км. Полностью высадить аккумулятор мне не ещё удавалось, а после 60 км у меня было ещё примерно 40% заряда.
Ну и ещё такой приятный момент. Я хорошо прокатился по лесам и полям, устал, день клонится к вечеру, но ещё нужно выбираться в цивилизацию, монотонно вкручивая километры по унылому асфальту и прикидывая время до электрички. А зачем? Можно расслабиться, устроить ноги на педалях поудобнее, крутануть ручку газа до упора и, уже не думая об оставшемся заряде, с ветерком гнать до финиша, ловя на себе подчас недоумённые взгляды обгоняющих автомобилистов.
В общем, мне всё это нравится.