Электрический велосипед

Электр́ический велосип́ед (Электровелосипед, пауэрбайк, e-bike, pedelec  (англ.)) представляет собой велосипед с электрическим приводом, который частично или полностью обеспечивает его движение.

В общем случае электровелосипед отличает от обычного велосипеда наличие трёх дополнительных компонентов : Электродвигателя, аккумуляторной батареи и контроллера. В отличие от мотоцикла или скутера, электровелосипед может приводиться в движение педалями, а его эксплуатация и обслуживание немногим сложней обращения с обычным велосипедом.

Типичный городской электровелосипед. Хорошо видно переднее мотор-колесо и контейнер с аккумуляторными батареями на багажнике

История

Идея оснащения велосипеда двигателем возникла немногим позже появления самого велосипеда. В 1888 году Джон Данлоп изобрёл пневматические шины, что значительно повысило комфорт и безопасность езды, сделав велосипед одним из самых популярных средств передвижения. ^[1] Дальнейшее развитие идеи связано с прогрессом в области электротехники. С 1890 сразу несколькими патентами была защищена конструкция электрического привода, устанавливаемого на велосипеде. Так, патент США ^[2] (1895) описывает устройство велосипеда оснащенного электродвигателем постоянного тока. В 1899 году Джон Шнепф разработал модель привода заднего колеса ^[3]

Продолжительное время производство электровелосипедов не привлекало крупных производителей, но в 1990-х годах с развитием бытовой электроники и появлением компактных аккумуляторов, интерес к ним возродился. В 1992 году компания Zike начала массовый выпуск электровелосипедов ^[4]. C этого момента их выпуск постоянно увеличивается. На рынке США наивысший рост продаж пришёлся на 2002-2003 годы; общий объём продолжает расти. ^[5]

В Китае первые промышленные образцы электровелосипедов местного производства появились в 1998 году ^[6] и в 2007 году их ежегодный выпуск достиг 17 млн штук, а к 2010 году, согласно оценкам, вырастет до 22 млн. Китай крупнейший в мире и производитель и потребитель электровелосипедов. Мировое производство в 2007 году оценивалось в 18 млн штук и к 2010 году ожидался прирост до 30 млн штук в год. ^[7]

Достоинства и недостатки

Достоинства

Электровелосипед с двойным приводом (переднее и заднее колесо). Аккумуляторные батареи смонтированы в раме

• Электровелосипед позволяет преодолевать крутые подъёмы и значительные расстояния физически неподготовленным людям
• Если заряд батарей кончится, то можно доехать на педалях
• Возможна зарядка батарей от бытовой электросети ^[8]
• Электровелосипед, как и обычный, можно хранить в городской квартире
• При сопоставимой скорости в городских условиях, энергетические и экономические затраты на перемещение одного человека меньше, чем у любого другого вида транспорта, включая общественный.
• Меньшее загрязнение атмосферы в случае массового отказа от автомобилей с ДВС в пользу электровелосипедов.

Недостатки

• Высокая цена
• Длительное время зарядки батарей и малый срок их службы
• Малый запас хода на электроприводе (20-50км) даже с самыми дорогими аккумуляторами
• Педалирование затруднено большим весом конструкции

Разновидности

В общем случае электровелосипеды можно разделить на:

• Собранные в заводских условиях. Для заводских электровелосипедов характерны специальные рамы разработанные для крепления батарей (существуют даже модели, в которых батареи спрятаны внутри трубчатой конструкции рамы), а также специальные конструкции колёс и в целом специфический дизайн. Например, А2В

• Любительские (самостоятельно собранные) электровелосипеды - в своей основе обычные городские велосипеды с установленными на них компонентами, доступными на рынке. В настоящее время в продаже есть самые разнообразные готовые комплекты (двигатель, контроллер, батареи, зарядное устройство), которые позволяют практически любому человеку с небольшой технической подготовкой собрать такое средство передвижения.

На конференции по изменению климата в Копенгагене в 2009 году представителями Массачусетского технологического института было представлено «Копенгагенское колесо», которое представляет собой велосипедное колесо с интегрированным в него электродвигателем, аккумулятором и контроллером, что позволяет переделать обычный велосипед в электро просто заменой заднего колеса. Такое колесо автоматически помогает при педалировании, а для торможения использует электродвигатель, запасая энергию в аккумуляторе. Для управления колесом используется телефон, подключающийся к колесу по BlueTooth. Так же в колесо встроены датчики, собирающие информацию о экологической обстановке, GPS, GPRS.^[9][10]

Компоненты

Специфика и характеристики электрических компонентов во многом объединяют электровелосипед и электромобиль

Электродвигатель

Возможны, вообще говоря, два основных способа передачи крутящего момента от электродвигателя к колесу.

Мотор-колесо- в настоящее время наиболее распространённая разновидность привода. Здесь в качестве электродвигателя используется бесколлекторный электродвигатель постоянного тока. При этом собственно двигатель крепится на месте ступицы переднего или заднего колеса велосипеда. Использование мотор-колеса позволяет с минимальными затратами переоборудовать практически любой распространённый городской велосипед под электропривод, причём его дизайн почти не нарушается. Мотор-колесом может быть любое из колес или оба одновременно. Часто мотор-колесо продаётся в уже собранном (заспицованном) виде. Диапазон мощности у серийно выпускаемых мотор-колёс, приводящих в движение электровелосипеды, как правило колеблется в пределах от 200 до 1000 ватт.

Менее распространённой является схема, при которой электродвигатель крепится над колесом (как правило задним) и передает крутящий момент через цепную или ременную передачу. В этом случае мощность сравнительно такая же, как и в случае мотор колеса, но переоборудование становится сложнее и несколько страдает внешний вид.

Вариант электровелосипеда с водородными топливными элементами в качестве источника питания. Мотор - колесо установлено сзади. ^[11]

Батареи

Стиль этого раздела неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Следует исправить раздел согласно стилистическим правилам Википедии.

Наиболее распространены следующие типы батарей ^[12]

• Свинцово-кислотные
• Никель-металл-гидридные
• Li-ion
• LiPo
• LiFePO4

Батареи обычно крепятся на багажнике в специальном контейнере, на велосипедной раме или в специальных отсеках внутри рамы, если это предусмотрено конструкцией. Наиболее перспективным считается использование литиевых батарей ввиду их лучших характеристик (хотя и сравнительно более высокой цены) и постоянного увеличения их производства. ^[6]

В 2007-2008 годах на рынке появляется новая разновидность литий-ионных аккумуляторов - литий-железо-фосфатные, LiFePO₄. Их появление решило две проблемы традиционных литий-ионных аккумуляторов: риск воспламенения и взрыва при перегреве во время заряда или разряда большими токами, а также относительно небольшое количество циклов заряда-разряда (обычно заявляются 500 и 2000 циклов соответственно). Типичные характеристики LiFePO₄ батарей 2009 года выпуска: напряжение 39.6 вольт, ёмкость 10 А*ч, масса 3.5 кг, что при типичном расходе энергии 15 ватт-час на километр даёт запас хода электровелосипеда около 25 км^[13]. Еще более внушительными характеристиками (энергоемкость и разрядный\зарядный токи) обладают LiPo аккумуляторы. В частности, для блока в 3.5Кг, указанного выше из LiFePo4 (40в10Ач = 400втч), при том же весе LiPo будут иметь большую энергоёмкость (45в10ач - 450втч), и выдерживать длительные разрядные токи в 4С (40А с 10Ач) и зарядные в 3С (30А для 10Ач). Это позволяет собирать относительно легкие батареи для мощных комплектов (2Квт+), и заряжать их за считаные минуты - 15 минут с использованием 1.5квт зарядки (48в 30а) для приведенных выше 45в10Ач. Но у LiPo есть недостаток: они могут воспламениться при сильном перезаряде или механическом повреждении

Контроллер

Контроллер (controller - с англ. "управляющий") - это электронное устройство, управляющее работой электровелосипеда.

Основные функции контроллера: подавать ток от аккумулятора на электродвигатель в соответствии с установками пользователя; выдавать на индикатор остаток заряда батареи; фиксировать нажатия педалей и скорость движения велосипеда для экономии энергии; поддерживать постоянную скорость движения (круиз-контроль); заряжать аккумулятор при торможении.

Контроллеры делятся по следующим параметрам: напряжение питания (24/36/48/64/72/80 и более вольт); рекуперация энергии от мотора (есть/нет); количество датчиков Холла (Hall sensor); наличие датчиков от педалей (есть/нет); тип электромотора (щёточный/бесщёточный); тип регулятора мощности (аналоговый/дискретный); возможность подключения к другим контроллерам (есть/нет); круиз-контроль (есть/нет); различные индикаторы, фары и переключатели.

Рекуперация энергии может осуществляться при торможении и/или на холостом ходу, в зависимости от возможностей контроллера и мотора.

Обычно контроллеры делаются в виде платы, расположенной в алюминиевом корпусе, выполняющем функции радиатора для отвода тепла и предохраняющем устройство от окружающей среды. Из корпуса выводятся кабели с контактными разъёмами для различных устройств электровелосипеда.

Применение

Несмотря на наличие электропривода, электровелосипед используется примерно так же, как и обычный велосипед, и в большинстве стран не требует для вождения наличия прав или номерного знака. Электровелосипед хорошо подходит как средство передвижения для широкого круга любителей с самым разным уровнем подготовки, поскольку легко позволяет дозировать физическую нагрузку.

Ссылки

• Российский ресурс посвящённый электротранспорту и электровелосипедам
• Электровелосипед сегодня и завтра №8, 1999 «Наука и жизнь»
• Electric bike articles
• ELECTRICAL BICYCLE Modular motorized electric wheel hub assembly for bicycles and the like
• Электровелосипеды и другой двухколесный электротранспорт
• Статья про электровелосипед на cyclepedia.ru

• Украинский форум, посвящённый электровелосипедам
• Украинский форум при сайте фирмы "Электра"
• Статьи о электровелосипедах на ВольтБайкс
• Электровелосипеды и электротранспорт

См также

	Электровелосипед на Викискладе?

• Электроскутер
• Электрокар
• Электромобиль
• Электродвигатель постоянного тока
• Велосипед с мотором
• Веломобиль
• Мотор колесо для велосипеда^[14]

Примечания

1. ↑ Bicycle History
2. ↑ Electrical Bicycle 552,271
3. ↑ U.S. Patent 3 431 994
4. ↑ Zikebike company profile
5. ↑ Electric bykes world wide reports
6. ↑ ^{1 2} Electric bicycles gain more market shares China Economic net
7. ↑ E-bike to Become Star Electronic Product 2007 year
8. ↑ Why choose an ELECTRIC bike?
9. ↑ Ученые изобрели чудо-велосипед (НТВ)
10. ↑ The Copenhagen wheel (англ.)
11. ↑ Pearl Hydrogen Bicycle. ссылка от 3 октября 2008
12. ↑ What exactly is an electric bike?
13. ↑ LiFePO4 Batteries: A Breakthrough For Electric Vehicles  (Проверено 15 июня 2009)
14. ↑ Мотор колесо для велосипеда, мотор колесо для велосипеда.

Типы велосипедов

 

По назначению	Дорожный велосипед  • Шоссейный велосипед  • Трековый велосипед  • Триальный велосипед  • Горный велосипед  • Циклокроссовый велосипед  • Гибрид  • 29er  • BMX  • Велорикша
По конструктивным особенностям	Одноколёсный велосипед  • Складной велосипед  • Грузовой велосипед  • Веломобиль  • Лигерад  • Тандем
По типу подвески	Ригид  • Хардтейл  • Двухподвес
По типу привода	Беспедальный велосипед • Бесцепной велосипед • Велосипед с ременным приводом • Велосипед с вальным приводом • Электрический велосипед • Велосипед с гидравлическим приводом • Велосипед с фиксированной передачей • Велосипед с мотором