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
https://velomotor.by/motor-koleso.

Для постановки Вашего велосипеда на электротягу Вам понадобятся:
 - Комплект компонентов для монтажа электровелосипеда https://velomotor.by/motor-koleso
 - аккумуляторная батарея.https://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 https://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 https://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 https://velomotor.by/tipy-eelektrodvigateli-ispolzuyushchiesya-dlya#over...;
- 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. https://velomotor.by/akkumulyator;
– двигатель. От выбранного типа (редукторный, прямой привод, подвесной) зависят эксплуатационные характеристики. Это уровень энергопотребления, максимальная скорость, пробег на одной зарядке. https://velomotor.by/tipy-eelektrodvigateli-ispolzuyushchiesya-dlya#over...;

 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 https://velomotor.by/tipy-eelektrodvigateli-ispolzuyushchiesya-dlya#over....

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

- 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 https://velomotor.by/chto-luchshe-chto-luchshe-motor-koleso-s#overlay-co....
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 https://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):

Из графика наглядно видно, что чем больше разрядный ток, тем меньше реальная емкость батареи. Всегда выбирайте батарею такой емкости, чтобы номинальный разрядный ток батареи был не более 1С. Например,  двигатель 500W при питании от батареи 48 Вольт должен быть подключен к батарее емкостью не менее 10 А/час.

Ярким примером неправильного выбора емкости аккумулятора 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 https://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 https://velomotor.by/chto-luchshe-chto-luchshe-motor-koleso-s#overlay-co....
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 https://velomotor.by/tipy-eelektrodvigateli-ispolzuyushchiesya-dlya#over....

 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 https://velomotor.by/motor-koleso.