В данной статье мы рассмотрим выбор комплекта для электровелосипеда в разрезе основных комплектующих.
Любой комплект для создания электровелосипеда состоит из ТРЕХ основных групп частей:
- Мотор-колесо
- Аккумулятор и зарядное устройство
- Контроллер и органы управления
1. Мотор-колесо
Из всех типов электромоторов для электровелосипеда наибольшее распостранение получили ступичные электромоторы (мотор-колеса). Произошло это благодаря простоте установки, простоте конструкции, высокой ремонтопригодности, доступным ценам и высокой степени стандартизации установочных размеров.
Мотор-колеса отличаются по диаметру, мощности, месту установки (перед/зад), типу редукции (редукторные и безредукторные (прямого привода)), типу крепления задних звезд.
ДИАМЕТР мотор-колеса определен вашим велосипедом, на который вы собираетесь установить электрокомплект.
Выбор мотор-колеса ПО МОЩНОСТИ определен целями использования, диаметром колеса и весом водителя. Диаметр колеса выступает как повышающий редуктор, и здесь зависимость такая: чем выше вес водителя и больше диаметр колеса, тем большая мощность требуется. Наоборот, чем ниже вес водителя и меньше диаметр колеса, тем менее мощное колесо способно уверенно ехать. Для помощи педалированию обычно выбирают моторы 250–350Вт. Если нужно получить полноценный “мопед” на велосипеде с диаметром колес 26–28 дюймов, то берут колесо 1000Вт. Но если человек легкий и/или колесо 20–24 дюйма, то и 500Вт мотор может иметь вполне мопедную динамику.
МЕСТО УСТАНОВКИ. В случае моторов 250–500Вт нет абсолютно никакой разницы, спереди или сзади установлено мотор-колесо. Из нашей практики мотор-колеса мощностью 250–350Вт в 85% случаев устанавливаются на переднюю ось. Если мотор-колесо 500Вт то, его ставят примерно в 50% случаев спереди и 50% на заднюю ось. В пользу переднего привода можно привести несколько аргументов: 1) более простая установка (нет необходимости переставлять набор задних звезд, для этого нужен специальный инструмент); 2) лучшая развесовка по осям; 3) меньшая нагрузка на спицы переднего колеса; 4) возможность пробуксовки — это увеличивает ресурс планетарных пластиковых шестеренок, скидывая излишний момент в пробуксовку; 5) велосипед становится полноприводным — переднее колесо крутит электромотор а заднее вы можете крутить сами (это особенно актуально на песке, на размытом грунте или на льду — передний привод стабилизирует велосипед). Кроме того, на велосипеды с задним ножным тормозом и/или планетарными втулкой в заднем колесе возможно установка только переднего мотор-колеса. Мотор колеса 1000Вт и более, как правило, производители предлагают только для установки на заднюю ось.
РЕДУКТОРНЫЕ мотор-колеса намного легче, чем мотор-колеса прямого привода и имеют больший крутящий момент. Поэтому они получили безоговорочное лидерство в электровелосипедах и используются практически в 100% комплектов для создания электровелосипедов. Да, мотор-колеса прямого привода не имеют редуктора, они проще, тише и даже немного дешевле, но за это надо платить большим размером, большим весом и большим энергопотреблением.
ЗАДНИЕ мотор-колеса бывают с резьбой под установку трещотки (задние звезды крепящийся по резьбе), и бывают с барабаном для установки кассеты (задние звезды крепящийся по шлицам). Мотор-колеса под кассету несколько дороже.
2. Аккумулятор и зарядное устройство
ЁМКОСТЬ АККУМУЛЯТОРА. Если вы собираетесь ездить в режиме “мопеда”, то есть не крутя педали, следует выбирать максимальную емкость аккумулятора, которую позволяет ваш бюджет и место на раме. В случае большого аккумулятора удельная нагрузка на него приходящаяся и количество глубоких разрядов будут ниже, и АКБ проживет больше циклов. Кроме того, передвигаться на велосипеде становится легче и приятнее, и длина маршрутов растет. Также со временем происходит небольшая деградация аккумуляторов, их емкость постепенно снижается.
ЗАПАС ХОДА сильно зависит не только от ёмкости аккумулятора, но также и от потребления энергии. Ёмкость аккумулятора лучше всего выражать в Ватт*часах — это будет произведение номинального вольтажа на ёмкость в Ампер*часах, например АКБ 36В/20Ач будет иметь ёмкость 720Втч. Расход энергии на передвижение также можно выразить в Ваттах/км. При равномерном движении потребление энергии средним человеком на скорости 18–20 км/ч может составлять примерно 10–12 Втч/км без помощи педалями. Тогда прогнозируемый запас хода может достигать 72км (720Втч /10Втч/км).
Большой вес водителя, большая скорость и частые старты — это основные враги дальности хода. При стартах самые большие токи. Энергопотребление растет растет пропорционально квадрату скорости и может возрастать в разы, достигая 20–30Втч/км. Тогда расчетный запас хода при той же самой АКБ ёмкостью 720Втч, снизится до 36–24км.
Наоборот, в случае, если вы ездите в режиме PAS-ассистента, то есть крутите педали, а мотор-колесо немного вам помогает, с потреблением энергии 3–5Втч/км, то даже небольшой аккумулятор ёмкостью 4–5Ач может оказать вам заметную помощь на протяжении десятков километров (36В*5Ач = 180Втч / 5Втч/км = 36км).
ВОЛЬТАЖ АККУМУЛЯТОРА. Наиболее распостранены на велосипедах АКБ номиналом 36(10s) и 48(13s) вольт. При повышении вольтажа растет мощность и максимальная скорость. Именно на эти вольтажи и рассчитаны большинство контроллеров электровелосипедов. Сейчас популярность получают АКБ номиналом 52В(14s), которые могу работать с контроллерами номиналом 48В. Для достижения высокой скорости используют АКБ номиналом 60В (16s). Следует помнить, что высокая скорость ведет к большому энергопотреблению.
ПО ТИПУ ХИМИИ. На электровелосипедах наибольшее распостранение получили литий-ионные аккумуляторы, т.к. для велосипеда очень критичен вес и объем АКБ. Литий-ионные аккумуляторы имеют наибольшую плотность энергии — то есть наименьший размер и вес к запасу энергии (200–250Втч/кг). Под их стандартные размеры (18650 и 21700) изготавливают большинство корпусов для АКБ. За последние годы они стали очень ресурсными (более 1000 полных циклов до остатка 80% емкости) и очень безопасными.
Аккумуляторы велосипедов также бывают свинцовые, никель-кадмиевые , литий-ионные (Li-ion) и железофосфатные (LiFePo).
Свинцовые тяговые АКБ очень тяжелые и объемные и имеют небольшую плотность энергии (50–70Втч/кг) небольшой ресурс (около полных 300 циклов), имеют высокий саморазряд и требуют внимания при хранении. Если напряжения заряда опустится при хранении ниже 10,5В то происходит их сульфатация и выход из строя. Никель-кадмиевые аккумуляторы мало распостранены.
Железофосфатные АКБ имеют неплохие шансы для использования в электровелосипедах т.к. имеют большой заявленный ресурс (количество циклов), но они все равно уступают литий-ионным по плотности энергии (100–160Втч/кг), то есть они имеют имеют больший размер и вес при том же запасе энергии. Также их форм-факторы не позволяют использовать стандартные заводские корпуса для электровелосипедов. Поэтому их часто используют в пространственных рамах, но это уже ближе к мопедам и мотоциклам.
ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО. Литий-ионные аккумуляторы не любят больших токов разрядки и зарядки, и их принято заряжать током не более 50% от емкости АКБ. Но лучше не превышать показатель 30%. Это значит что АКБ емкостью 12Ач следует заряжать зарядным устройством с силой тока не более 3А, а для АКБ емкостью 20Ач следует использовать з/у не более чем 5А.
3. Контроллер и органы управления
КОНТРОЛЛЕРЫ электровелосипеда можно условно разделить на простые и программируемые.
ПРОСТЫЕ контроллеры, например очень популярный контроллер HUAWEI 14А, не имеют выхода на дисплей, но имеют большой пучок проводов, и управляются путем замыкания этих проводов между собой. Они работают в паре с ручками и курками газа, оборудованными вольтметром или LED-индикаторами контроля заряда АКБ. Также к ним можно подключить ручки/курки газа с простыми дисплеями, например ручка газа KH-DX, которая получает от контроллера дополнительный сигнал о частоте вращения мотора, и на основании этого сигнала может показывать наряду с зарядкой АКБ скорость и дальность поездки (несмотря на наличие дисплея, эта ручка никак не программирует контроллер).
Простые контроллеры часто имеют функцию “три скорости”: 70–100-110% (если кнопка переключения не установлена, то по умолчанию работает средняя скорость). Также полезной функцией является “круиз-контроль” — при удержании курка газа в одном положении 5 секунд включается круиз-контроль, и курок можно отпустить.
Простые контроллеры иногда имеют выход для подключения датчика PAS-ассистента, но не имеют возможности регулирования уровней помощи, поэтому PAS-ассистент редко применяется с такими контроллерами. Для полноценного комфортного использования PAS-ассистента рекомендуется выбирать контроллеры с дисплеем и возможностью изменять уровень помощи.
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ контроллеры обычно имеют шлейф подключения дисплея, посредством которого происходит настройка функций и отображение данных. Через дисплей уже можно настраивать контроллер, в том числе настраивать работу PAS-ассистента и выбирать уровни помощи, ограничивать мощность и скорость, регулировать плавность разгона, включать фару и т.д. Дисплей, помимо отображения заряда АКБ, текущей скорости и пройденного расстояния, может показывать выбранную виртуальную скорость (уровень помощи PAS), моментальную потребляемую мощность в ваттах и/или амперах, максимальную и среднюю скорость, общий пробег, статус круиз-контроля и т.д.
РУЧКА / КУРОК ГАЗА. С дисплеями обычно используют простые ручки/курки газа. Курки газа более универсальны в установке (можно поставить как на правую так и на левую сторону руля, а также вверх или вниз флажком) и более безопасны, т.к. ручку можно случайно крутануть при ведении велосипеда или в нештатной ситуации схватившись за руль, добавить газ.
Курки/ручки газа для работы в паре с простыми контроллерами, как правило, оснащены кнопкой или ключём включения зажигания, вольтметром или индикатором заряда АКБ или небольшим простым дисплеем.
ДАТЧИК PAS применяется для использования электровелосипеда в режиме педального ассистента — вы крутите педали, а мотор помогает вам. Контроллер, получает сигналы датчика PAS, и исходя из выбранного уровеня помощи на дисплее, дозирует помощь мотор-колеса в автоматическом режиме. Использование электровелосипеда в режиме PAS значительно экономит заряд аккумулятора и позволяет проезжать расстояния в 2–3 раза больше, чем только на одном мотор-колесе.
Датчики PAS в большинстве своем предназначены для установки на каретку с валом типа квадрат (ромб). Самый стандартный правосторонний PAS-датчик, состоит из непосредственно датчика на железном кольце, который прижимается правой чашкой каретки к раме, и пластикового кольца с магнитами, закрепленного на валу под передней звездой (системой передних звезд).
В последнее время получили широкое распостранение левосторонние датчики PAS в закрытом корпусе. Они не требуют снятия картриджа каретки, и устанавливаются под левый шатун. Такой датчик не загрязняется и зазор между самим датчиком и внутренним кольцом с магнитами не сбивается.
ТОРМОЗНЫЕ РУЧКИ СО ВСТРОЕННЫМИ ДАТЧИКАМИ ОТКЛЮЧЕНИЯ МОТОРА выступают как дополнительная мера безопасности (их установка не является обязательной). В случае использования PAS-ассистента их роль возрастает, т.к. мотор помогает примерно еще 1 секунду после остановки педалирования, и в случае экстренного торможения, лучше чтобы он не тянул вперед эту секунду.
Если на велосипеде установлены комборучки (переключатели скоростей в одном блоке с ручками тормоза) то здесь имеется 3 варианта: 1) установить (приклеить) отдельные тормозные датчики на существующие комборучки; 2) демонтировать передний переключатель скоростей и левую комборучку им управляющюю, и на это место установить одну тормозную ручку с датчиком отключения мотора; 3) купить отдельные переключатели скоростей и установить их вместе с тормозными ручками из комплекта.
На ручки гидравлического тормоза, тормозные датчики поставить крайне затруднительно или невозможно, а гидравлические ручки со встроенными датчиками стоят дорого, поэтому часто оставляют родные гидравлические ручки без датчиков.