Назначение компонентов наборов

Назначение компонентов наборов
для самостоятельной сборки электровелосипеда

При самостоятельной сборке электровелосипеда, как правило, используется уже имеющийся велосипед. Поэтому возникает вопрос о том, как с минимальными затратами  сил, средств и прочих “строительных материалов” собрать электровелосипед, который позволит передвигаться на значительные расстояния
http://velomotor.by/motor-koleso.

Для постановки Вашего велосипеда на электротягу Вам понадобятся:
 - Комплект компонентов для монтажа электровелосипеда http://velomotor.by/motor-koleso
 - аккумуляторная батарея.http://velomotor.by/akkumulyator


Нужно сказать, что сама переделка велосипеда в электровелосипед не требует специфических знаний, достаточно минимального количества навыков.

У каждого, кто поставил себе задачу переделки велосипеда в электровелосипед, имеется ряд собственных требования к будущему средству передвижения. Не все кто взялся за эту задачу ясно представляют какую функцию выполняет каждый компонент набора http://velomotor.by/motor-koleso, который предлагается для переделки велосипеда и какими характеристиками должны обладать отдельные компоненты для выполнения поставленной задачи.

 Попробуем дать некоторые ориентиры по функциональному назначению отдельных компонентов наборов http://velomotor.by/motor-koleso и их возможным характеристикам.

 Электровелосипед отличается от привычного велосипеда наличием четырех основных компонентов:

- электродвигателя установленного на оси переднего или заднего колеса. Колесо с двигателем вместо обычной оси и называется мотор-колесом. На оси колеса могут быть установлены два типа двигателей – прямого привода и редукторные с обгонной муфтой http://velomotor.by/tipy-eelektrodvigateli-ispolzuyushchiesya-dlya#overl...;

- электронного блока (контроллера) управляющего работой электродвигателя мотор-колеса;
- ручки “ГАЗА” с помощью, которой регулируется скорость вращения мотор-колеса. Она может быть поворотной - как на мотоцикле, либо нажимной - под большой палец правой или левой руки;
- аккумуляторной батареи – несущей в себе энергию для работы электродвигателя мотор- колеса;

 Этих четырех компонентов  вполне достаточно, чтобы ваш электровелосипед поехал.

Все остальные компоненты:

- пульт управления
(со светодиодным или с жидкокристаллическим экраном);
 


- индикатор заряда аккумуляторной батареи, который

может располагаться на ручке газа или пульте;

 

- ручки тормозов с датчиками срабатывания;
 
- система помощи педалированию (PAS);  


являются вспомогательными и призваны или немного поднять удобство эксплуатации или обеспечить выполнение законодательных ограничений.

Так, например, в Европе и Австралии запрещено использование ручки “ГАЗА” на электровелосипеде. Можно использовать только систему помощи педалированию (PAS). В определенных условиях использование системы помощи даже опасно. В наших условиях многие велосипедисты просто отключают систему помощи на серийных велосипедах.

Ручки тормозов с датчиками срабатывания, подключаемыми к контроллеру на самом деле необходимы только при агрессивном характере езды на большой скорости с резкими торможениями и блокировкой колес. При спокойном характере езды в них нет необходимости т.к. сбросить “ГАЗ” велосипедист всегда успевает заблаговременно. Даже мотоциклисты не имеют такой возможности – отключение двигателя мотоцикла при торможении.

Индикатор заряда батареи также является вспомогательным компонентом. Через 3-4 поездки даже не глядя на индикатор, вы будете ориентироваться о состоянии заряда батареи по пробегу и изменяющейся тяге двигателя. 

 Пульт управления по большому счету мало, чем отличается от обычного велокомпьютера, который показывает скорость, пробег и т.д. Но у него имеются и специальные функции характерные только для электровелосипедов. Это - включение и выключение велосипеда, установка мощности двигателя в режиме помощи (PAS), задание режима круиз – контроль, а также программирование некоторых параметров контроллера. Набор функций у различных моделей пультов управления различна и может очень сильно отличаться.

 На электровелосипеде есть только два компонента, которые определяют все основные эксплуатационные характеристики:

- аккумуляторная батарея. От ее емкости в основном и зависят эксплуатационные характеристикиВашего велосипеда: - вес электровелосипеда, пробег на одной зарядке, ресурс работы. http://velomotor.by/akkumulyator;
двигатель. От выбранного типа (редукторный, прямой привод, подвесной) зависят эксплуатационные характеристики. Это уровень энергопотребления, максимальная скорость, пробег на одной зарядке. http://velomotor.by/tipy-eelektrodvigateli-ispolzuyushchiesya-dlya#overl...;

 Выбор аккумуляторной батареи:

Аккумуляторная батарея это единственный источник энергии для питания электродвигателя мотор-колеса на борту вашего электровелосипеда. Практических альтернатив для выбора батареи не слишком много. Это батареи на основе лития, либо на основе свинца.
Батарея литиевой группы будет весить примерно в 4 раза меньше батареи на базе свинца. Так например литиевая батарея на напряжение 48 Вольт и емкостью 10 А/час. Будет весить около 4,5 кг. Свинцовая батарея той же емкости около 19 кг.

Согласитесь, что иметь на борту гирю в 19 кг не слишком приятно. Это больше веса самого велосипеда. Возить с собой такой груз не каждому под силу. Повесив такую батарею на багажник, вы очень сильно теряете в устойчивости велосипеда. К тому же батареи на базе свинца имеют малый ресурс работы. Пробег электровелосипеда на свинцовой батарее будет более чем в 3-4 раза меньше чем на литиевой. Но и стоимость свинцовой батареи будет гораздо ниже.

Емкость батареи нужно выбирать исходя из номинальной мощности двигателя и расстояния, которое вы планируете преодолевать на одной зарядке аккумулятора. Минимальную емкость аккумуляторной батареи в A/час, можно определить разделив мощность двигателя на его рабочее напряжение. Например, 350 Вт/ 36В= 9,7 A/час.
Если вы хотите определить энергетическую емкость батареи исходя из требуемого пробега на одной зарядке, можно исходить из того, что на каждый километр пробега в режиме скутера по асфальтированной дороге нужно затратить 10 Вт/час – 14 Вт/час электроэнергии. Приблизительно 10 Вт/час для редукторных двигателей и 14 Вт/час для двигателей прямого привода.
Предположим вам необходимо проехать 40 км в режиме скутера на велосипеде с редукторным двигателем: 40 км* 10 Вт/час = 400 Вт час. Такую энергетическую  емкостью будет иметь батарея 36В 11A/час или 48В 8,3 A/час.
Для велосипеда с двигателем прямого привода вам понадобится батарея примерно на 35-40% большей емкости: 40 км* 14 Вт/час = 560 Вт час. Такую энергетическую  емкостью будет иметь батарея 36В 15,5 A/час или 48В 11,5 A/час.
C точки зрения расходования энергии батареи, и экономии ресурсов, выгоднее применение редукторных двигателей.
Акуумуляторные батареи выпускаются в самых различных корпусах с креплением на раму, на багажник, на подседельную трубу и даже безкорпусные - в термоусадочной пленке синего цвета. Безкорпусные батареи часто выходят из эксплуаации по причине механических повреждений. Самые энергоемкие аккумуляторные батареи изготавливаются  в алюминиевых корпусах с креплением на багажник.

Выбор двигателя:

Подвесные двигатели электровелосипеда использующие цепной привод и располагающиеся вблизи каретки вообще нет смысла рассматривать в виду слишком быстрого износа трансмиссии велосипеда и необходимости частой замены цепи и звезд. Надежность такого привода очень далека от желаемой.

Мотор - колесо в смысле минимального износа трансмиссии просто идеально. Износа практически нет. Сам двигатель же очень надежен и защищен от внешних воздействий т.к. почти герметичен. В него не попадает ни грязь не пыль. Он не требует никакого обслуживания в течение всего срока службы при использовании в номинальных режимах. Надежность объясняется простой хорошо отработанной конструкцией и массовым характером изготовления таких двигателей http://velomotor.by/tipy-eelektrodvigateli-ispolzuyushchiesya-dlya#overl....

Существует два типа двигателей для мотор-колес. Это  двигатели прямого привода и двигатели со встроенным планетарным редуктором и обгонной муфтой http://velomotor.by/chto-luchshe-chto-luchshe-motor-koleso-s#overlay-con....

- у двигателей прямого привода,  ротор двигателя непосредственно является ротором мотор-колеса. Конструктивно это предельно простой двигатель. Он имеет большой диаметр больше 240 мм и вес больше 5,5 кг. Характерной особенностью является высокое энергопотребление и небольшой вращающий момент на низкой скорости вращения, а также довольно большая предельная скорость вращения – примерно 600 об/мин. Скорость велосипеда с двигателем прямого привода достаточной мощности может достигать 60 км/час. При отсутствии питания двигатель слегка подтормаживает вращение колеса из-за наличия очень сильных магнитов в конструкции двигателя. Так что при движении накатом, он будет подтормаживать движение. Так же он слегка будет тормозить движение если у вас во время поездки закончилась энергия в аккумуляторной батарее http://velomotor.by/chto-luchshe-chto-luchshe-motor-koleso-s#overlay-con....
Двигатели для велосипедов выпускаются мощностью от 500 до 3000 Вт. Часто в погоне за большой мощностью двигателя не знают или забывают о том, что для нормальной работы двигателя большой мощности требуется и большая емкость аккумуляторной батареи. Так при напряжении батареи 48 вольт, для двигателя 500 Вт требуется аккумулятор емкостью как минимум 10 A/час, для двигателя 1000 Вт - 20 A/час, для двигателя 1500 Вт – 30 A/час, для двигателя 2000 Вт – 40 А/час, 3000 вт – 60 A/час.

Стоимость литиевых аккумуляторов большой емкости довольно высока. Каждые 10A/час емкости будут стоить около 330$– 400$.

Часто приходится наблюдать картину, когда устанавливается двигатель мощностью более 1000Вт и подключается к батарее емкостью 10 A/час. Естественно, что при такой ситуации нельзя рассчитывать на длительную надежную работу велосипеда. Батарея очень быстро деградирует из-за слишком большого разрядного тока http://velomotor.by/moshchnost-dvigatelya-i-emkost-akkumulyatora.

Чем больше средний разрядный ток батареи, тем меньшую емкость эта батарея сможет отдать для работы двигателя. Вот типовая разрядная характеристика литиевой батареи (C - это емкость вашей батареи в A/час):

Ярким примером такой ситуации является реклама популярных в последнее время двигателей Magic Pie, китайской фирмы GoldenMotor, когда мощные двигатели более 1000 Вт рекомендуется подключать к аккумуляторам емкостью 10-12 A/час. Даже применение современных LiFePo4 аккумуляторов не гарантирует длительную нормальную работу аккумулятора. Да, LiFePo4 батареи могут действительно отдавать большие разрядные токи, они действительно лучше выдерживают большие зарядные и разрядные токи. Но это возможно только за счет сокращения ресурса их работы. Если внимательно изучить технические условия на аккумуляторы литиевой группы, в том числе и на литий – железо – фосфатные, станет очевидным, что производители аккумуляторных батарей гарантируют длительную работу батарей при среднем разрядном токе равном емкости батареи. Другое дело, что пиковые разрядные токи могут быть в несколько раз больше средних разрядных токов, ведь они ограничиваются только встроенной системой управления батареей - BMS.
Как правило, технические условия предусматривают, что действие пиковых разрядных токов имеет длительность, не более 10-15 сек. Но постоянная работа батареи на средних токах выше номинального, это самый быстрый путь к интенсивной деградации батареи.

Нужно реально оценивать возможности снабжения энергией выбранного электродвигателя для мотор-колеса вашего велосипеда и ориентироваться на аккумуляторную батарею достаточной емкости http://velomotor.by/moshchnost-dvigatelya-i-emkost-akkumulyatora.

 - двигатели с планетарным редуктором и обгонной муфтой.

Это самый распространенный вид двигателя для мотор-колеса используемого в серийном производстве электровелосипедов. Это и понятно. Ведь это самые экономичные и тяговитые, хоть и не самые быстрые двигатели.
В отличие от двигателя прямого привода, передача вращающего усилия на внешний ротор двигателя производится через планетарный редуктор с соотношением примерно 5:1. Все двигатели этой серии имеют обгонную муфту, которая позволяет автоматически разрывать механическую связь двигателя и колеса при движении накатом или при отсутствии питания двигателя. Велосипед движется накатом также легко, как и обычный велосипед.  Это самые экономичные двигатели, они более чем на 30% экономичнее двигателей прямого привода. Это означает, что при использовании одинаковых аккумуляторных батарей, на редукторном двигателе вы проедете расстояние на 30% большее, чем на двигателе прямого привода http://velomotor.by/chto-luchshe-chto-luchshe-motor-koleso-s#overlay-con....

Вращающий момент у редукторных двигателей намного выше за счет наличия встроенного редуктора. Соответственно и требуемая мощность двигателей меньше.  Старт с места для велосипедов с таким двигателем легкая задача.

Кроме того, двигатели с планетарным редуктором имеют гораздо меньший вес и габариты в сравнении с двигателями прямого привода.

Единственным недостатком таких двигателей является их скорость вращения. Она ограничена на уровне 280-340 об/мин. Соответственно и скорость велосипеда не превысит 45 км/час. Но для велосипеда, наверное, больше и не нужно. Недаром во многих странах скорость велосипедов ограничена на уровне 25 км/час http://velomotor.by/tipy-eelektrodvigateli-ispolzuyushchiesya-dlya#overl....

 Контроллер:

Контроллер представляет собой электронный блок – по сути, узкоспециализированный микропроцессорный блок, предназначенный для управления электродвигателем мотор – колеса в соответствии с сигналами от датчиков, подключенных к нему. Контроллеры рассчитаны на определенное питающее напряжение. Обычно это напряжения 24, 36 или 48 вольт. Контроллеры имеют ограничения по мощности двигателя, которым могут управлять. Т.к. в процессе работы электронным ключам контролера необходимо коммутировать достаточно большие токи по силовым обмоткам двигателя, они нагреваются. Поэтому контроллеры, рассчитанные на управление мощными двигателями, имеют и большие габариты.

К контролеру подключены все составляющие системы управления:

-         три фазных силовых обмотки электродвигателя, которые коммутируются контролером в соответствии с положением ручки ГАЗА и сигналами датчиков положения ротора двигателя;

-         три датчика положения ротора двигателя. В качестве датчиков положения используются цифровые датчики Холла. Дополнительно может подключаться еще один датчик Холла, используемый в качестве датчика скорости вращения электродвигателя;

-         ручка “Газа”:
предназначена для управления скоростью вращения двигателя. В ручке газа неподвижно установлен аналоговый датчик Холла, находящийся между разноименными полюсами постоянного магнита закрепленного на вращающейся ручке. Поворачивая ручку “Газа” вы меняете расположение датчика относительно полюсов постоянного магнита. Это приводит к изменению напряжения на сигнальном выводе датчика Холла. В соответствии с этими данными контроллер и изменяет обороты двигателя;

-         индикатор заряда батареи:
предназначен для индикации напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Полностью заряженная батарея имеет наибольшее напряжение. Полностью разряженная батарея имеет наименьшее напряжение. Энергия батареи в процессе работы постепенно расходуется. Из-за этого напряжение на ней изменяется в меньшую сторону. Это и отражается на индикаторе состояния заряда батареи. Нужно сказать, что с помощью индикатора можно лишь приблизительно оценить состояние заряда батареи. Это связано еще и с тем, что литиевые батареи, а особенно литиевые батареи с катодным материалом LiFePo4 (литий-железо-фосфатные) имеют специфическую разрядную характеристику с постоянным напряжением практически на 80% разрядной кривой и затем резкое падение напряжения на клеммах аккумулятора.
Вместо индикатора заряда батареи в контроллере может быть предусмотрено подключение многофункционального пульта управления на светодиодах либо с жидкокристаллическим экраном. Набор функций пультов управления могут быть самыми разными. Например, включение и выключение велосипеда, индикация состояния заряда батареи, показания пробега, скорости, включение круиз-контроля и т.д.;

-         датчик системы помощи педалированию (PAS):
система PASпредназначена для подключения двигателя велосипеда при вращении педалей велосипедистом.
Датчик системы PASпредставляет собой цифровой датчик Холла, устанавливаемый на каретке велосипеда, а на ось каретки устанавливается  диск с магнитами. При вращении педалей магниты проходят мимо датчика Холла, который соответствующим периодическим изменением напряжения дает сигнал контроллеру на подключение двигателя. Применение системы PAS является законодательно утвержденной в ряде стран, в частности в странах Европейского союза, где применение ручки ГАЗА на электровелосипеде запрещено. У нас установка этой системы вовсе не обязательна и в ряде случаев даже может способствовать аварийным ситуациям, т.к. включение двигателя может происходить в самый неподходящий момент при повороте или проезде узких проездов. И этому есть немало подтверждений;

-         ручки переднего и заднего тормоза с датчиками срабатывания:
в качестве датчиков срабатывания ручек тормоза используются микропереключатели встроенные в ручки тормозов. Датчики срабатывания ручек тормоза подключены к контроллеру. При получении сигнала от ручек тормоза, контроллер отключает электродвигатель мотор-колеса.

 Разные наборы сборки электровелосипедов могут отличаться друг от друга электрическими коннекторами компонентов. Поэтому не следует покупать отдельные компоненты у разных производителей. Лучше сразу покупать весь набор. Это гарантирует электрическую совместимость компонентов и контроллера http://velomotor.by/motor-koleso.