Электровелосипед - Обзор современных компонентов

Электровелосипед - Обзор современных компонентов
Статья находится в стадии создания
Я написал эту статью, что бы простым языком рассказать вам из чего
состоит электровелосипед и из чего можно выбирать сегодня.
Итак, электровелосипед состоит (ну, кроме самого велосипеда,
естественно), из 3 основных частей:
-- Аккумулятора
-- Контроллера
-- Мотора
С помощью этих 3 нехитрых (а на самом деле хитрых) компонентов мы
сможем проехать до 100 километров на одной зарядке. К теме "а сколько
точно я проеду" мы еще вернемся в конце нашей статьи.
Часть 1 - Аккумуляторы
Аккумулятор - это самая важная часть нашего электровелосипеда. Мы
будет рассматривать батареи с напряжением 48вольт. 36 и 48 вольт - это
90% рынка батарей для электровелосипеда.
Что есть на рынке сегодня:
1) Свинец. Свинцово-кислотные банки по 12 вольт.
Основные достоинства свинцовых батарей:
+ Дешевые. 1 банка на 7-9 А/ч стоит примерно 800-1000 руб, то есть за
4000 мы получаем батарею на 48 вольт.
+ Не нуждаются в системе управления и защите.
+ Более-менее терпимы к морозу.
Основные недостатки свинцовых батарей:
- Большой вес. 4 банки будут весить 8-10 килограмм.
Этот вариант может быть пригоден только из-за дешевизны или как
временый. В нашем магазине не представлен.
2) Li-Ion. Литий-Ионные батареи. Как правило, эти батареи представляют
собой так называемые сборки из элементов 18650 (18mm - диаметр,
650mm - длина) в разных кормпусах,
то есть например, для создания 36V 9 A/H требуется 10*5=50 элементов.
Сборкой управляет блок BMS (Balance managment system), который следит
за
- током разряда. Литий-Ионные батареи чуствительны к высоким товам
разряда, из-за которых они быстро деградируют - теряют емкость и
количество рабочих циклов.
Как правило, ток разряда ограничен 10-15А.
- током заряда. Литий-Ионные батареи чуствительны так же и к
перезаряду.
- балансировкой элементов. Каждый элемент заряжается с неодинаковой
скоростью, поэтому после того, как напряжение достигло
требуемого, BMS дозаряжает отдельно каждый элемент, что бы выровнять
напряжение на всех.
Основные достоинства Li-Ion:
- хорошее соотношение энергоемкость/масса - батарея 36V 9A/H весит 2.3
килограмма.
- средний срок эксплуатации - от 700 до 1000 циклов
- высокая стойкость к механическим перегрузкам
- быстрый заряд батареи
Основные недостатки Li-Ion:
- узкий температурный спектр работы - при температуре ниже -10 они
разряжаются гораздо быстрее.
- не очень большая нагрузочная способность (ток отдачи) - как правило,
10А, то есть их нельзя ставить на мощные моторы.
Итог - Li-Ion - хороший вариант для легкого электровелосипеда с мотором
до 500 ватт.
3) Li-Fe-Po4. Литий-Железо-фосфатные батареи. Батареи представляют
собой тоже сборки из элементов 40160 (16 a/h) (40mm - диаметр, 160mm длина) или 38120 (10 a/h) или 38-140 (12 a/h)
в разных кормпусах, то есть например, для создания 48V 12 A/H требуется
16*1=16 элементов последовательно. Сборкой так же руководит BMS. В
нашем магазине они тут.
Основные достоинства Li-Fe-Po4:
- очень большая нагрузочная способность (ток отдачи). Сборки, которые
есть у нас в продаже, могут отдавать до 60ампер, то есть на 48 вольтах
можно запустить мотор на 3 иловатта !
- большой срок эксплуатации. После 1800 циклов батарея теряет 10-15
емкости.
- высокая стойкость к механическим и электрическм перегрузкам.
- широкий температурный спектр работы. Хорошо работают зимой.
- необязательная балансировка батарей в блоке.
- быстрый заряд батареи. Есть зарядки, заряжают батарею за 1.5 часа.
Основные недостатки Li-Fe-Po4:
- не лучшее соотношение энергоемкость/масса. 48V 12 A/H весит около 6.5
килограмм.
Литий-Железо-фосфатные батареи - идеальный вариант для сборки
мощного электровелосипеда. Да, они тяжелее, на зато у вас будет запас и
по емкости и по скорости.
Часть 2 - Моторы - Технические характеристики и
теория.
В этой статье мы будет рассматривать моторы от производителей POLARIS,
CRYSTALYTE (direct-drive) и BAFANG, MAC (geared).
В чем же между ними разница ? Основная разница - в типе привода напрямую (direct-drive) или с помощью внутренней планетарной передачи
(geared).
Моторы POLARIS и CRYSTALYTE относятся к моторам Direct-drive, то есть
внутри мотора находится только статор с обмотками, а магниты
прикреплены непосредственно к корпусу. Что это дает ?
Итак, положительные стороны моторов Директдрайв:
1) В первую очередь - высокая мощность и возможность кратковременного
превышения тока - например, на мотор Crystalyte HT35 можно подавать до
3000 кв.
2) Хорошие тяговые характеристики, но только начиная со скорости 10
км/ч и выше . У таких моторов плохая тяга при разгоне с 0, быстро
стартовать можно только при больших токах.
3) Почти бесшумная работа - нет планетарной передачи.
4) Почти не требуют обслуживания, очень надежны. Единственные узлы,
которые требуют контроля - подшипники.
5) Высокая максимальная скорость - мы разгоняли моторы до 90 км/ч. (см
статью "Испытания моторов")
Но за все приходится платить :), а именно:
1) Высокий вес и большой размер. Эти моторы тяжелее, чем моторы с
планетарной передачей. Вес моделей POLARIS и CRYSTALYTE колеблется
от 5,5 до 7.3 кг. Соответственно, что бы достичь большого крутящего
момента, нужно либо увеличивать диаметр статора, либо его ширину, что
опять же не лучшим образом сказывается на весе и размере мотора.
2) Хуже свободный ход - при вращении мотора без напряжения будет
ощущаться небольшое сопротивление. Говоря проще - если сели батареи,
то на педалях будет труднее ехать.
3) Высокие рабочие токи при разгоне - для быстрого разгона с седоком
100кг контроллер будет кушать все, что ему даст аккумулятор - надо
рассчитывать на токи 15-25 ампер и выше.
Моторы BAFANG и MAC относятся к так называемым моторам GEARED, то
есть внутри мотора спрятана планетарная передача, что дает как
несколько важных преимуществ, так и некие недостатки:
1) Хорошие тяговые характеристики . У таких моторов отличная тяга на
низах, стартовать можно очень легко, они очень отзывчивы на ручку газа,
можно сравнить с ездой на мотоцикле.
2) Низкий вес и размер. Так как от мотора не требуется большой момент, а
требуется высокая скорость вращения, сам мотор можно сделать меньше и
легче по сравнению с классическим мотором Direct-drive. Вес моделей
BAFANG BPM и MAC колеблется от 3.9 до 4.3 кг.
3) Отличный свободный ход - при вращении мотора без напряжения он
легко прокручивается благодаря обгонной муфте. Если у вас сели батареи,
то вы сможете
ехать на педалях без затруднений.
4) Низкие рабочие токи при разгоне - для нормальной эксплуатации с
седоком 100кг достаточно токов 15-20 ампер.
Недостатки:
1) При работе более высокий уровень шума.
2) Планетарная передача требует бережного обращения, нужно избегать
резких стартов и продолжительных нагрузок, иначе можно сорвать
шестерни.
Мы провели испытания моторов на стенде (без нагрузки), что бы
определить максимальную скорость.
Скорость измерялась как велокомпьютером, так и через присоединенный
монитор Crystalyte APM. При выставленнных размерах колеса 26"
показания велокомпьютера и монитора Crystalyte APM совпадают, что
говорит о точности последнего.
Испытания проводились на 36 и 48 вольтах на контроллерах Crystalyte и
прочих.
Мотор Crystalyte G (вес 3900 грамм)
Мотор Crystalyte G Rear 36V - 36 km/h , 48V - 44.6 km/h
Мотор Crystalyte G Front 36V - 36 km/h , 48V - 44.6 km/h
Моторы Crystalyte 5304, HT, HS (вес 7380 грамм задний, 5650 грамм
передний)
Мотор Crystalyte 5304 Задний 36V - 62.2 km/h , 48V - 85.6 km/h
Мотор Crystalyte HS35 Задний 36V - 50.1 km/h , 48V - 68.3 km/h
Мотор Crystalyte HT35 Задний 36V - 35.6 km/h , 48V - 48.3 km/h
Мотор Crystalyte 5304 Передний 36V - 51.5 km/h , 48V - 69.1 km/h
Мотор Crystalyte HS24 Передний 36V - 51.6 km/h , 48V - 68.4 km/h
Мотор Crystalyte HT24 Передний 36V - 32.3 km/h , 48V - 43.1 km/h
Мотор MAC 1000 W Задний 36V - 46,7 km/h, 48V - 61,4 km/h
Мотор MAC 800 W Задний 36V - 52,2 km/h, 48V - 67,9 km/h
Мотор Бафанг 8FUN 350W Передний 36V - 29,7 km/h, 48V - 39,5 km/h
Мотор Бафанг 8FUN 500W Задний 36V - 30,3 km/h, 48V - 40,5 km/h
Часть 3 - Моторы - А что внутри ?
Первое, что мы разобрали тестировали - это моторы BAFANG BPM. Они есть
как для переднего колеса, так и для заднего.
На фото ниже - передний мотор.
Такой мотор ставится в стандартное расстояние 100мм велосипедной
вилки вместо передней втулки.
Предусмотрены посадочные места для крепления дискового тормоза
Такой мотор ставится в стандартное расстояние 136мм велосипедной рамы
вместо задней втулки. Справа накручивается трещетка на 6 или 7
скоростей (в зависимости от производителя).
Предусмотрены посадочные места для крепления дискового тормоза
Внутри находится планетарная передача. Статор с обмотками жестко
закреплен на оси, ротор, на который изнутри прикреплены сверхсильные
магниты, свободно вращается на оси внутри мотора и через центральную
шестерню передает вращение на внешний корпус.
Каждая шестерня шириной 15мм вращается на подшипнике. Оси
шестерней закреплены на обгонной муфте - это нужно для того, что бы,
когда вы едете на велосипеде без применения мотора, вся трансмиссия
мотора не проворачивалась.
Вид со стороны статора.
Это мотор производства фирмы MAC.
Он так же, как и мотор BAFANG, разбирается с двух сторон.
Справа накручивается трещетка на 7 передач.
Фазные провода и обмотки имеют большее сечение по сравнения с
BAFANG - этот мотор рассчитан на мощность 1000вт. На зеленой плате
размещены датчики Холла.
Это версия мотора на 1000вт с композитными шестернями, которые
позволяют разгонять его да 70 км/ч. Кратковременно на него можно
подавать мощность 1500вт.
2 версии мотора MAC - слева с нейлоновыми шестернями и мощностью
800вт, справа с композитными и мощностью 1000вт. Видна разница в
ширине роторов. Вес моторы с 800вт - 4 кг, 1000вт - 4.3 кг.
Обзор моторов CRYSTALYTE будет немного позже.
Часть 4 - Контроллеры и прочая ботва.