NIEKOĽKO POZNÁMOK K ELEKTROBICYKLOM

Elektrický bicykel

(tiež e-bicykel alebo e-bike, či e-kolo) je štandardný bicykel, doplnený o zostavu elektrického pohonu. Na rozdiel od elektrického skútra využíva kombinovaný pohon človeka a pomocného elektromotora. Prvý patent bol udelený už v roku 1870, ale skutočný rozmach elektrobicyklov nastal až po roku 2005. Toto obdobie bolo spojené s rozšírením produkcie nových druhov nabíjacích batérií s vyšším merným výkonom a nižšou mernou hmotnosťou.

Batérie sú tiež najpodstatnejšou zložkou zostavy e-bicykla, pretože reprezentujú zdroj energie, ktorá nahrádza energiu človeka pri šliapaní do pedálov. 

V ostatnom období bol bicykel chápaný skôr ako športové náradie, než dopravný prostriedok. Tým sa stáva práve aplikovaním doplnkového pohonu. Ich vzájomná symbióza je pravdepodobne tou príčinou, prečo je tak trochu fenoménom dnešnej doby.

Okrem už z výroby zostavených elektrických bicyklov je možné zakúpiť tzv. e-kity alebo prestavbové zostavy, pomocou ktorých sa z ľubovoľného bicykla stáva plnohodnotný e-bike. Prestavbová zostava (tiež e-pohon) pozostáva z batérie (presnejšie akumulátora), elektromotora a riadiacej elektronickej jednotky s jej doplnkami. Prestavbová zostava bez batérie sa označuje ako e-kit.

 

Batéria

batérie e-bicykla sa parametrami pripôsobujú vlastnostiam elektromotora a tiež požadovanému dojazdu bicykla. Najbežnejší dojazd býva v rozsahu 30 až 80 km na jedno nabitie batérie. Dojazd súvisí s tzv. kapacitou batérie, ktorá sa udáva v jednotke Ah (Ampérhodina). Druhým parametrom je napätie batérie udávané v jednotke V (Volty). Ich vzájomným vynásobením sa dostávame k jednotke Wh (Watthodina), čiže energii. Z nej vychádzajú aj pomerné jednotky voči hmotnosti batérií, alebo ich cene. Netreba snáď ani spomenúť, že čím vyššie sú hodnoty V a Ah, tým je vyšší aj potenciálny dojazd, resp. aj energia, ktorá sa z batérie naň spotrebuje.

Najčastejšie používané batérie v e-bikoch majú napätie 24, 36  a 48V. Batérie pozostávajú z jednotlivých článkov ako základnej jednotky, ktorým sériovým (resp. sériovoparalelným) zapojením sa získava príslušné napätie. Tieto články sú po stránke elektro-chemickej zložené z dvoch elektród, elektrolytu a separátora, pričom v dnešnej dobe sa používajú najmä batérie s prevážnym využitím kovu lítium. Podľa doplnkových materiálov v ich zostave sa rozlišujú na tzv. Litium-Ion (Li-Ion), Lítium-Mangán (Li-Mn), Lítium-Nikel-Mangán (Li-Ni-Mn), Lítium-Polymér (Li-Pol), či Lítium-Železo-PO4 (LiFePO) batérie, z ktorých každá má svoje výhody či nevýhody. Najlepšie a tiež najbezpečnejšie, ale aj najdrahšie sú batérie typu LiFePO. Výhodou je najmä nízka merná hmotnosť voči dnes už dlhodobo používaným oloveným (Pb) akumulátorom. Takže dnes jedinou podstatnou výhodou olovených batérií je už iba ich výrazne nižšia cena, nevýhodou najmä ich hmotnosť. Príkladne 3 ks 12V olovených batérií 12Ah vážia spolu cca 14 kg, ale jedna lítiová 36V/12Ah iba cca 4 kg ! Toto porovnanie je aj tak trochu relatívne, lebo napr. pri jazde bicykla a jazdca, pri ich celkovej hmotnosti napr. 100 kg je percentuálny podiel batérií 4 resp. 15%, čiže rozdiel iba 11%, čo nie je až tak podstatná hodnota vzhľadom k dojazdu! Väčšiu úlohu hrá skutočnosť, že olovenú batériu je z hľadiska jej životnosti vhodné vybiť maximálne na 60% jej kapacity, naproti tomu napr. LiFePO batéria sa dá vybiť až na 20% kapacity. Uvedené percento neznamená, že by sa Lítiová batéria vybila z 36V na asi 7V, ale pri batériách existuje maximálne a hlavne minimálne napätie jej článkov, ktoré sa nesmú prekročiť bez toho, že by mohlo prísť k ich poškodeniu.  Jednotlivé články majú pomerné prísne pravidlá aj pre ich použitie v sériovom režime, pričom najmä v prípade LiFePO sa používa špeciálna elektronika (tzv. BMS –battery management system) a ku každému článku sa doplňuje tzv. balancér, ktorý „stráži“ napätie článku pri dobíjaní i vybíjaní. Napr. v prípade LiFePO článkov by v prípade poklesu napätia pod 2,5V došlo k ich úplnému znehodnoteniu. Takto poškodené batérie sa už nedajú dobiť štandardným spôsobom a zároveň majú iba minimum energie, takže sú v podstate pre e-pohon nepoužiteľné!

Typ použitej batérie tiež súvisí aj s jej maximálnym vybíjacím prúdom. Pri zostavovaní batérií pre e-biky sa v maximálnej miere používajú články typu 18650 - ide o valcové batérie s priemerom 18mm a výškou 65mm. Podľa výrobcu alebo typu majú rôzne maximálne vybíjacie  prúdy. Tie najlacnejšie iba niekoľko Ampér, kvalitné až desiatky Ampér. Preto najmä pri vyšších výkonoch motorov (500 až 1000W) sú vhodné iba tie najkvalitnejšie batérie.

Batérie sa tiež rozlišujú aj "vonkajším" vzhľadom. Už od začiatku sa používali tzv. "fľaškové" batérie valcového tvaru pre umiestnenie do miesta pôvodnej fľaše na vodu v bicykli.  Od týchto sa už postupne ustupuje a používajú sa batérie typu "delfín", ktoré majú výhody malého priestoru i praktického prenosu alebo iba kompletné bloky pre umiestnenie do brašne v ráme bicykla, prípadne aj tzv "frog" batérie pre uchytenie na sedlovku bicykla. Niektoré typy batérií majú aj vlastnú konštrukciu na ich uchytenie, napr. v zadnom nosiči bicykla.

Pri dojazde bicykla na jedno nabitie si treba uvedomiť aj jeho výraznú závislosť na podmienkach jazdy. Napr. pri dlhšej jazde do kopca sa kapacita batérie znižuje rýchlejšie. Rovnako voči silnému vetru alebo pri nevhodných pneumatikách, či zlej kvalite cesty. Kapacita batérie sa tiež miernejšie znižuje vzhľadom ku zvýšenej hmotnosti jazdca!

Aj napriek uvedeným hendikepom však stále zostáva možnosť, že aj po úplnom vybití batérie nám zostane dosť vlastnej ušetrenej energie na zdárny dojazd do konečného cieľa.

Ďalším dôležitým parametrom batérie je počet cyklov nabíjania do ukončenia platnosti jej parametrov. Ukončenie platnosti parametrov neznamená, že batéria je po danom počte nabíjaní nepoužiteľná, iba už nemá parametre odpovedajúce hodnotám pri jej zakúpení.  Napr. sa podstatne zníži kapacita batérie , maximálny vybíjací prúd...

Pre začiatok si ale uveďme jednoduchý príklad z praktického použitia takýchto batérií u bežného užívateľa napr. pri type LiFePO– predpokladajme týždenný najazdený počet km do 100, takže za rok je počet nabití batérie pri dojazde 50km cca sto. Mohla by sa pri priemernom počte nabití u LiFePO batérií vyššom ako 2000 teoreticky používať aj 20 rokov, ale jej reálna životnosť je podstatne nižšia (udáva sa 4 - 5 rokov). Z nášho hľadiska je tento parameter v skutočných podmienkach netrénovaného jazdca dostatočný aj pre základné typy Lítiových batérií. Tieto typy batérií majú počet nabití okolo 500 u Li-Pol batérií sa udáva hodnota do 1000. Plné využitie pre bežné Lítiové batérie je tak možné iba v prípade užívateľa, ktorý s ním jazdí dlhé trasy do práce a to najmä v kopcovitom teréne.

Pri dennom použití e-bicykla si treba dať pozor aj na to, aby sa batérie zbytočne nevybíjali až na minimálnu ešte elektronikou akceptovanú hodnotu napätia a nenechávali sa zbytočne v zime vonku na mraze alebo v lete na silnom slnku (najmä po dlhšej trase, keď sú ešte zohriate na pomerne vysokú teplotu).

Pokiaľ spomíname nabíjateľné batérie, tak k nim potrebujeme aj jednotky, ktoré znovu obnovia pôvodnú hodnotu jej kapacity pre ďalšie jazdenie. Hovoríme o nabíjacej jednotke, ktorá musí byť pre každý typ batérie iná a nie je dovolené ich používať na iný typ, než sú určené. Pri štandardnom nabíjaní treba počítať s dobou nabíjania 4 až 7 hodín. V prípade nabíjačiek s vyšším nabíjacím prúdom sa doba adekvátne skráti. Cena jedného nabitia pri bežnej cene elektrickej energie (do 15 centov za 1 kWh) tak predstavuje spotrebu (napr. u 36V batérie s nabíjacím napätím 42V a prúdom 2A po dobu cca 6 hodín) asi 0,5 kWh. Navyše nabíjací prúd sa s úrovňou nabitia stále zmenšuje. Na dve nabitia, čiže pri spotrebe 1kWh tak za uvedených 15 centov môžme prejsť vyše 100 km.  Asi nemá zmysel porovnávať tento údaj so spotrebou auta (a tiež ani elektromobilu).

 

Elektromotor

elektromotor je tou jednotkou, ktorá energiu batérií premieňa na točivý moment, ktorý poháňa predné alebo zadné kolo bicykla, resp. v stredovom pohone prevodový mechanizmus pohonu zadného kolesa. Je otázne do ktorého kolesa elektromotor umiestniť, ale v prípade jazdy na cestách je praktické mať výkonnejší motor v prednom kolese a batériu v strednej časti rámu.  Ak už máte batériu v zadnom nosiči alebo jazdíte na nerovnom teréne je praktickejšie použitie motora v zadnom kolese (z hľadiska zapojenia a dĺžky prepojovacích káblov).

Najnovším trendom sú elektromotory ako súčasť pedálovej zostavy. Ich výhodou je vyšší krútiaci moment (udáva sa hodnota až +40%), nevýhodou najmä vysoká cena a zložitosť konštrukcie.

V princípe sa motory v e-bikoch rozdeľujú na tie s vnútorným prevodom (pomocou interných ozubených najčastejšie plastových koliesok) a tzv. BLDC (resp. brushless –bezkartáčové a DC-jednosmerné) motory s priamym náhonom- s vnútornými permanentnými silnými magnetmi a viacerými Halovými sondami, na kontrolu otáčok motora. Tieto motory majú práve vďaka silným magnetom  a pri vyšších výkonoch tendenciu pri voľnobehu trochu brzdiť bicykel, čo by sa môže využiť pri rekuperácii (spätnom dobíjaní) batérií.

Ich schopnosť pohonu resp. výkon je udávaný vo Wattoch (W). Najčastejšou hodnotou sú 250, 500 a 750W, pričom posledná hodnota je výborná aj pri trvalej jazde do kopca alebo proti vetru. Ak si uvedomíme, že priemerný výkon netrénovaného jazdca je 100 až 150W, tak už pri motore 250W šliapu za nás dvaja ľudia. Hodnota 250W je solídna pri jazde ženskej posádky, ale pre jazdu do kopca alebo proti vetru je potrebný pre normálneho 100 kg chlapa aj výkonnejší motor.

Tu nám však bráni Európska norma ešte z roku 2009, ktorá platí automaticky aj v SR a stanovila, že pre jazdu na verejných komunikáciách bez nutnosti certifikácie (čiže povinného prihlásenia na polícii a  platenia poistky) je vhodný iba motor max. 250W do rýchlosti na ceste 25km/hod a použitia plného výkonu motora iba pri šliapaní (tzv. PEDELEC systém). Pritom v USA platí max. výkon motora 750W a 32km/h a v Kanade slušných 500W a tiež 32km/h, čo by sme určite uvítali aj u nás. Zatiaľ nám tak zostáva jazda na vedľajších cestách a chodníkoch, alebo prísne aplikovanie normy za pomoci výkonového obmedzenia a použitia tzv. PAS (pedal assistent) jednotky, ktorá dovoľuje plný výkon motora pomocou riadiacej jednotky iba pri šliapaní do pedálov.

 

Riadiaca elektronická jednotka.

Jej základnou funkciou je elektronická regulácia výkonu motora. Z BLDC motora vystupujú tri hrubšie vodiče na jeho výkonovú reguláciu a niekoľko vodičov (5) z Halových sond (ktoré sú v podstate detektormi jednotlivých magnetov na rotore pri jeho otáčavom pohybe v púzdre motora). Regulácia predstavuje postupné posielanie sledu „výkonných impulzov“ do každého z troch výkonových vodičov. Principiálne sú Halove sondy potrebné iba na „upresnenie rovnomernosti pohybu“. Ak sa impulzy nahradia sínusovkou, ide o tzv. sínusový motor, ktorý je síce drahší ale má o niečo tichší chod pri vyššej účinnosti. Zároveň sa tu ale stráca pôvodný pojem jednosmerného motora (asi by sa mal označiť ako BLAC).

Regulačná jednotka je riadená pomocou mikroprocesora a dá sa prípadne nastavovať aj externe – cez USB port počítača. Základnou zložkou koncového stupňa riadenia sú tri výkonové dvojice tranzistorov typu FET. Okrem vstupu pre PAS (snímač z magnetov na kovovej doštičke - analogicky ako pri cyklokomputri), obsahuje aj vstupy pre snímač ručnej brzdy, hlavného spínača i snímač polohy natočenia pomocnej rukoväte (alebo iba páčky) pre postupné zvyšovanie či znižovanie príkonu do motora. (Podľa normy by mal byť akcelerátor použitý najmä pri rozbehu do rýchlosti 6km/h.)

Samozrejmosťou je aj výstup na pomocný displej, ktorý môže byť LED-kový alebo typu LCD so zobrazením parametrov jazdy (v prípade kvalitných zostáv napr. aj hodnoty okamžitého výkonu a i.).

Displej zobrazuje tiež stav nabitia batérie, ale u nových typov je toto zobrazenie tiež súčasťou (aj keď pomerne nepresnou) krytu batérie.

K elektrobicyklu by bolo vhodné (nielen vzhľadom k jeho názvu) doplniť aj elektronickú GPS jednotku so záznamom prejazdenej trasy a prípadne aj zabezpečovací alarm, nakoľko jeho cena nie je v zostave s e-pohonom až tak zanedbateľná.

 

Elektrobicykle sú výbornou pomôckou ľudí bez stáleho tréningu pri dlhšej jazde bicyklom  v kopcovitom teréne, alebo pri pravidelných jazdách do zamestnania a napokon aj pre nás lenivcov, ktorí neradi šliapeme do kopca, ale radi sa vezieme, aby sme mohli všetkými zmyslami zachytávať tú neobyčajnú  krásu krajiny, ktorou práve prechádzame.

This site was designed with the
.com
website builder. Create your website today.
Start Now