Как построить недорогой электровелосипед. Как сделать электровелосипед своими руками из подручных материалов — пошаговая инструкция Делаем электровелосипед своими руками

02.11.2023

Из чего состоит электровелосипед

Электромотор - его сердце. Контроллер - его мозг. Аккумулятор - еда. Ручка газа регулирует подачу напряжения на двигатель. Датчик тормоза ставится опционально, если есть рекуператор энергии. На дисплей можно вывести рабочее напряжение, заряд батареи, текущую скорость и так далее. Но электровелосипед можно собрать и без него, потому что основной параметр заряда батареи дублируется на аккумуляторе.

Еще одна опция - pass assist, помощник при педалировании. В зависимости от частоты вращения педалей он дозированно подает энергию на электродвигатель. В основном эти помощники работают очень плохо, и большинство людей с опытом езды на электровелосипедах не ставят их вовсе.

Требования к электровелосипеду

Во-первых, мне нужен был запас хода около 50 километров - это дорога от дома до работы и обратно. Для меня было важно, чтобы велосипед был легким, чтобы я мог спокойно запихнуть его в машину, перевезти в общественном транспорте и занести в квартиру. Не менее важен был и внешний вид, чтобы из велосипеда не торчали провода, чтобы он выглядел аккуратно.

Многие электровелосипеды делают излишне быстрыми. Я для себя определил, что он должен ездить чуть быстрее, чем если бы на нем крутил педали обычный велосипедист. Наконец, общая стоимость велосипеда обязательно должна была быть низкой.

Выбор мотора

Моторы для электровелосипедов можно условно разделить на три категории:

малой мощности, способные разогнать велосипед до 40 км/ч;
средней мощности - до 60 км/ч;
высокой мощности, когда велосипед летит со скоростью до 100 км/ч и выше.

Какие типы моторов применяются на велосипедах?

Кареточный ставится на каретку педалей. Этот тип моторов довольно сложный, у них имеется обгонная муфта, но при этом есть большой недостаток - мотор дает дополнительную нагрузку на весь цепной привод, из-за чего очень быстро изнашиваются звездочки и цепь. Второй недостаток - высокая стоимость: за китайскую версию просят от 30 тысяч рублей.

Мотор прямого хода довольно громоздкий и тяжелый. Такие моторы относятся к категориям средней и высокой мощности. Единственное преимущество - долговечность из-за отсутствия шестеренок. Цена - от 15 тысяч рублей в зависимости от мощности. Из недостатков: на малых оборотах мотор имеет слабый крутящий момент.

Редукторный мотор. Внутри него установлен планетарный редуктор с шестернями, он очень легкий и компактный. Цена ниже, чем на остальные. Такие моторы относятся к категории малой мощности

Я решил, что мне вполне хватит скорости до 40 км/ч, поэтому выбрал редукторный мотор.

Выбор привода

Редукторные моторы часто устанавливаются на передний привод. Это самый простой способ установки, трудозатраты минимальны. Но, поскольку нагрузка на переднюю ось велосипеда невелика, очень часто возникает пробуксовка переднего колеса, ухудшается маневренность, при этом колесо может пойти юзом, что приведет к потере равновесия.

Задний привод - классический вариант. Основная нагрузка в велосипеде приходится на заднюю ось, и все недостатки переднего привода сразу исключаются.

Можно сделать и полный привод, когда ставится два мотора. Так делают для езды по бездорожью, снегу, песку, грязи. Но процесс создания полноприводного электровелосипеда очень трудоемкий. Сложнее всего синхронизировать работу моторов, а стоимость всего проекта получается немалой. После взвешивания всех «за» и «против» я выбрал задний привод.

Выбор и размещение аккумулятора

Что касается аккумуляторов, то в электровелосипедах в основном используются два типа аккумуляторных элементов: литий-железо-фосфатные и литий-ионные. Первые довольно крупные, тяжелые и стоят дороже. Зато у вторых ограниченное количество цикла зарядов - порядка 1000 циклов. К тому же литий-ионные аккумуляторы плохо работают при отрицательных температурах.

Для себя я все же выбрал литий-ионные, потому что их очень удобно укладывать в различные корпуса, в то время как литий-железо-фосфатные в основном собирают в кубышки, которые проблематично установить на велосипед.

Есть три места для размещения аккумулятора:

На багажник. Этот вариант плох тем, что возникает дополнительная нагрузка на заднюю ось, которая и так достаточно нагружена. Заодно повышается центр тяжести велосипеда.
На подседельный штырь. Нагрузка на оси становится более сбалансированной, но остается проблема высокого центра тяжести.
В пространство рамы, в основном на место крепления фляги. Аккумулятор в этом случае размещен максимально низко и между осями велосипеда. Это оптимальное размещение, и я решил на нем остановиться.

Дальше нужно было выбрать характеристики АКБ - в первую очередь рабочее напряжение и емкость. Для маломощных редукторных моторов обычно используют напряжения 24 В, 36 В и 48 В. Я выбрал что-то среднее. От емкости аккумулятора зависит запас хода электровелосипеда. Я подбирал так, чтобы мне хватило на 50 километров. Расчет очень приблизительный.

Средняя скорость электровелосипеда в городских условиях - около 20 км/ч. Для преодоления расстояния в 50 километров потребуется 2,5 часа. Если мощность мотора - 350 Вт, то его средняя потребляемая мощность будет около 175 Вт. За весь пройденный путь мотор потребит 175 Вт * 2,5 часа = 437 Вт*ч. При рабочем напряжении в 36 В из полученных данных легко посчитать и требуемую емкость аккумулятора:

Емкость аккумулятора = 437 Вт*ч / 36 В = 12.1 А*ч.

Существует достаточно много видов корпусов для аккумуляторного блока. Их можно купить на AliExpress или в российских магазинах по цене примерно от 2000 рублей. Есть очень удобные корпуса типа такого, в нем сразу есть ячейки, куда мы устанавливаем аккумуляторные элементы:

Выбор контроллера

Контроллеры бывают различных видов: совсем простые, универсальные, программируемые с огромным количеством настроек, работающие в большом диапазоне напряжений и токов. Для себя я брал простейший контроллер, который работает на фиксированном напряжении и выдает максимальный ток в 15 А. Контроллеры подбираются в зависимости от рабочего напряжения и мощности выбранного электродвигателя, стоимость - от 1000 до 10 000 рублей.

Результат

В итоге у меня получилась следующая конфигурация:

Электромотор BAFANG. Это продукция очень популярной на рынке электровелосипедов компании, ее моторы хорошо себя зарекомендовали.
Контроллер на максимальный ток 15 А, аккумулятор на 36 В, 13 А*ч. Получилась максимальная скорость 37 км/ч, запас хода в 50 километров, вес очень небольшой, всего на 7 килограммов тяжелее обычного велосипеда.

Все оборудование обошлось мне где-то в 30 тысяч рублей, общая стоимость с учетом самого велосипеда - 60 тысяч рублей. Если сравнивать с готовыми моделями, аналогичными по комплектации и характеристикам, то такой велосипед стоил бы около 100 тысяч рублей. Я сэкономил тысяч 40.

Я успел собрать уже три таких велосипеда, очень схожих по характеристикам.

Нюансы

Их много, поэтому упомяну лишь некоторые.

Во всех электровелосипедах используют двойные ободы, потому что мотор увеличивает крутящий момент. Также для компенсации дополнительной нагрузки нужны усиленные спицы, они толще - 3 мм вместо 2,6 мм. Спицуется колесо в три креста: одна спица пересекает три других. На обычных велосипедах чаще делают в два креста, а бывает и в один крест. Спицовка обода - довольно сложный, небыстрый процесс. При этом спицы получаются нестандартного размера, не во всех магазинах они продаются.
Моторы поставляются в двух исполнениях: под кассету звездочек и под трещотку. Нужно обращать на это внимание, и обязательно уточните, какая система звездочек предусмотрена. Также рекомендуется проверить, есть ли на моторе крепление под ротор тормоза.
Сложность с ручкой газа. Казалось бы, простейшая вещь: взял ручку газа, поставил на руль и все. Но почему-то большинство китайских производителей не учитывают наличие манетки переключения передач и ручки тормоза. Когда начинаешь все это собирать - в большинстве случаев либо не удается переключить передачи велосипеда, либо ручка тормоза задевает ручку газа. Я до сих пор не нашел ручку газа хорошей конструкции, чтобы она удачно вставала на руль.
Установка корпуса АКБ. Рамы у велосипедов все разные, с разной геометрией, и порой приходится колдовать с креплением, а иногда и вовсе менять корпус, если он не влезает в раму.
При монтаже ротора тормоза может оказаться так, что тормозной суппорт не влезает, задевает мотор. Я сам с этим столкнулся - пришлось покупать ротор большего размера и устанавливать переходник на суппорт. Либо можно использовать ободный (колодочный) тормоз, а не дисковый. Не всем это нравится, потому что для быстрого торможения на большой скорости нужны эффективные тормоза, и ободные в этом плане уступают дисковым.
Сборка ячеек АКБ. Трудоемкая задача. Как известно, литий-ионные аккумуляторы нельзя соединять паяльником, поэтому приходится использовать точную сварку, совместно подключая BMS-контроллер, который балансирует ячейки аккумуляторов. Важно использовать качественные элементы питания, изготовленные известными производителями: Samsung, Panasonic, Sony. Тогда ваш аккумулятор с большей вероятностью будет дольше держать емкость.
Рекуперацию реализовать достаточно просто, она предусматривается на двигателях прямого хода. При этом контроллер должен поддерживать эту функцию. Надо иметь в виду, что эффективность рекуперации очень низкая, у вас не получится покататься и зарядить аккумулятор. Так что польза от нее весьма условная.

Заключение

Если вы решили собрать действительно качественный электровелосипед, потребуется немало времени и усилий, но оно того стоит. Даже при покупке готового комплекта оборудования этот процесс не такой простой, как описывают в рекламе, и может потребовать дополнительных затрат.

Особое внимание при сборке нужно уделять самому дорогому компоненту электрооборудования - аккумулятору. От его качества зависит запас хода и конечная мощность электровелосипеда. Желательно их собирать самому, потому что в магазинах и на AliExpress готовые литий-ионные АКБ стоят от 20 тысяч рублей (сомнительного качества, собранные на безымянных элементах).

Я планирую спроектировать свой корпус аккумулятора с креплением на раму и распечатать его на 3D-принтере. Хочу предусмотреть в этом АКБ выводы питания на фару и фонарь, а также встроить в него динамик для воспроизведения музыки.

Также хочется спроектировать и распечатать на 3D-принтере корпус приборной панели на руль с органами управления электродвигателем, световым оборудованием и музыкой. А в перспективе - сделать комфортный городской электровелосипед с прямой посадкой и еще более низкой себестоимостью.

Написать Первым «комом» была попытка собрать байк на основе киловаттного мотор-колеса MagicPie со встроенным контроллером, купленного в комплекте с батареей 10 А*ч для установки на багажник. Собрать аппарат удалось, однако радость от нового велосипеда, разгонявшегося до невиданных 42 км/ч, была недолгой - багажник под весом батареи прожил ровно три дня, сломавшись на разбитых самарских дорогах. Управляемость и развесовка при таком расположении батареи также не сильно радовали. Тяжело приходилось и заднему колесу, которое и без того прибавило в весе - на скорости в очередной яме можно было легко пробить камеру или даже погнуть задний обод.

Поэтому при следующей доработке батарея с помощью самодельных креплений перекочевала на нижнюю трубу велосипеда. В результате развесовка получилась лучше, но выглядела конструкция страшно и неприлично. Для описания подобных творений очумелых ручек у отечественный байкостроителей появился даже устоявшийся термин - «шахид-дизайн» .

На байке с более правильной развесовкой можно было уже довольно комфортно ездить, но стало понятно, что стандартной батареи 500 Вт*ч (50 В, 10 А*ч) для велосипеда мощности выше среднего хватает ненадолго - на электричестве можно доехать из пункта А в пункт Б, а обратно уже только на педалях. В итоге была куплена большая батарея 1000 Вт*ч (50 В, 20 А*ч), которая в передний треугольник рамы вроде бы влезала, но закрепить её пришлось изолентой;) Выглядело всё это вот так:

У получившегося монстра из-за ширины батареи даже не вращались педали.

Понятно, что оставлять это так было нельзя.

Нужно было что-то придумать с батареей - изменить её пространственную компоновку, чтобы за неё не задевали педали, и разобраться с её креплением, изготовив надёжный батарейный бокс. Для выполнения этой задачи после долгих поисков и отсеивания кандидатов был привлечён Александр Костюк - знакомый по велоклубу «ВелоСамара», который также глубоко проникся идеей проектирования электровелосипеда. Имея за плечами многолетний опыт конструирования и постройки различных прототипов всего что только движется, он взялся за задачу построения бокса. Решено было сделать его из листа АМг (сплав алюминия с магнием) толщиной 2.5 мм, соединив алюминиевыми уголками. Окраска бокса - порошковая. Также на велосипед был установлен ваттметр Cycle Analyst, позволяющий измерять кучу показателей, включая расход энергии в ватт-часах на километр. С таким прибором можно было больше не переживать, что батарея неожиданно разрядится в самый неподходящий момент - каждый потраченный ампер-час или ватт-час на счету. В итоге получился вот такой байк:

На таком аппарате с ёмкой, удобно и надёжно закреплённой батареей уже можно было спокойно кататься по городу без опасения, что что-нибудь отвалится в самый неподходящий момент. Да и выглядел велосипед уже поприличнее. Готов был байк аккурат под зиму 2012-2013 и отлично показал себя в зимних условиях, включая езду и в снегопады, и в метель и в морозы минус 35 градусов.

Только вперёд!

После успешного завершения постройки первого аппарата, возникла идея продолжить конструировать электробайки совместно с Сашей. У меня было некое видение того, что хочется, а у Саши - огромный конструкторский опыт.
Мы решили не останавливаться на достигнутом ещё и потому, что на российском рынке на тот момент просто не было электровелосипедов (да и сейчас нет), на которых нам самим хотелось бы ездить. Ниша достаточно мощных (сопоставимых по скорости и динамике со скутером или мотоциклом) и при этом лёгких и адекватных по цене электровелосипедов была совершенно пуста. А маломощные велосипеды меня и Сашу совершенно не интересовали, ведь нам, активным и молодым, хотелось кататься «с ветерком», чтобы байк при этом имел приличный пробег и надёжную конструкцию для езды по суровым российским дорогам и бездорожью.

Решено было создать универсальный электрокомплект, позволяющий превратить любой современный горный велосипед в электро. Горные велосипеды были выбраны в качестве базы не случайно - они очень популярны в России (количественно составляют основной класс велосипедов для взрослых), универсальны (позволяют ездить как по городу, так и по бездорожью) и надёжны. Также немаловажно, что детали и узлы горных велосипедов стандартизованы, что позволяет также стандартизовать электрокомплект.

Предстояло подобрать адекватные комплектующие для байка и решить ещё целый ряд инженерных задач:

Подобрать мотор, способный выдавать большую мощность и момент, при этом лёгкий.
Собрать компактную и лёгкую батарею достаточной ёмкости, способную держать большие токи.
Укрепить дропауты заднего колеса, чтобы в них не проворачивалась ось высокомоментного двигателя.
Разработать датчики срабатывания для гидравлических тормозов (серийные гидротормоза с датчиками только начинают появляться в продаже и имеют свои недостатки), ведь автоматическое отключение мотора при нажатии тормозов - одно из базовых стандартных требований для электробайков. А механические тормоза уже не подходят по характеристикам для безопасного торможения на тех скоростях, что мы намеревались достичь.
Продумать решения для питания передней фары и заднего фонаря (с сигналом) от бортового напряжения электровелосипеда, предусмотрев встроенный преобразователь постоянного тока.
Определиться с подходящими разъёмами (желательно герметичными), велокомпьютерами-ваттметрами, светотехникой и многим другим.

Но самое главное - необходимо было разработать универсальный бокс для батареи и контроллера для быстрого превращения обычного серийного велосипеда в электро. Собранная ранее металлическая коробка на эту роль не подходила, поскольку требовала слишком больших трудозатрат в изготовлении и была заточена по форме и размерам только под конкретную раму.

Итоговое решение должно было быть простым в монтаже, технологичным и дешёвым в изготовлении.

Вот один из первых этапов на этом пути, бокс построенный весной 2013 года:

Вот ещё один из промежуточных этапов:

Что получилось?

В результате года работы и экспериментов были разработаны по-настоящему универсальные и гораздо более эстетичные коробки, электрокомплекты и велосипеды на их базе:

Характеристики этих аппаратов:

скорость - до 63 км/ч;
мощность - до 2.5 кВт;
ёмкость батареи - до 1 кВт*ч;
дальность пробега - 40 км на максимальной скорости (63 км/ч) и до 100 км в режиме «эконом» (30 км/ч).

Вот видео передвижения мощного электровелосипеда в «городских джунглях»:

В условиях пересечённой местности байк тоже не пасует:

Ещё видео

Велосипед или мотоцикл?

Байки на базе созданного электрокомплекта получились действительно очень резвые, способные полноценно двигаться в городском потоке на скорости 60 км/ч. По новым правилам, регламентирующим мощность и скорость электробайков, они формально не относятся ни к велосипедам (чья мощность на электротяге ограничена 250 Вт и 25 км/ч), ни даже к мопедам (чья конструктивная скорость не должна превышать 50 км/ч), а относятся к классу мотоциклов. Притом что внешний вид этого байка не вызывает особых подозрений - обычный с виду велосипед c коробкой внутри рамы. Да и вес аппарата не сильно увеличился, мощный электрокомплект добавляет всего 14 кг к велосипеду, в результате вес готового байка получается в районе 26 кг. Такой аппарат взрослому мужчине вполне по силам поднимать по лестнице, переносить через препятствия.

Так что получился функционально вполне себе мопед, но в велосипедной оболочке. В результате можно пользоваться преимуществом обоих видов транспорта: велосипеду у нас везде «зелёный свет» (пешеходные зоны, тротуары, наземные и подземные переходы, переходные эстакады, парки, тропинки да и просто бездорожье), при этом на дороге доступна скорость и динамика мопеда / скутера (при большей, чем у любого скутера или мотоцикла маневренности), что делает мощный электровелосипед в условиях реального трафика самым быстрым наземным городским транспортом.

И хотя мощность наших стандартных электрокомплектов и без того сравнима с мопедом, в качестве спортивного интереса и эксперимента (весьма не дешёвого, как оказалось после подсчёта стоимости всех комплектующих), были собраны тяжёлые и мощные электровелосипеды на базе специализированных пространственных рам от Qulbix:

И украинской «рамы Чоботара»:

Эти 6-10-киловаттные монстры способны развивать скорость уже до 90 км/ч, имея при этом динамику лёгкого мотоцикла. А при открытии полного газа с места привстают «на козла». Батарея 3 кВт*ч позволяет проехать 120 км на скорости 40 км/ч или 40 км на скорости 90 км/ч, благодаря чему можно использовать такой байк в качестве дальнобойного загородного транспорта и для езды по трассе.

Что дальше?

Конструкция электрокомплектов и электровелосипедов Electron Bikes продолжает постоянно улучшаться. Уже скоро будут готовы к промышленному серийному выпуску две модели велосипеда:

«Стандарт» (на базе обычной велосипедной рамы): мощность 2.2 кВт, ёмкость батареи 1 кВт*ч, скорость до 63 км/ч;

Электрочопперы (без педалей) «Электро-классик»: мощность 6 кВт, скорость до 85 км/ч, ёмкость двух съёмных батарей до 3 кВт*ч;

И «Электро-боббер».

Последний также оборудован уникальной параллелограммной вилкой из титана, выпущенной ограниченным тиражом.

Немного об устройстве электровелосипеда

Под конец немного об устройстве и компонентах электровелосипеда, а также о технических сложностях, стоящих на пути создателей мощного байка.

Основные электрические компоненты электровелосипеда

“Сердцем” или мускулами электровелосипеда является электромотор (подробнее о моторах и их типах ниже). В современных электровелосипедах используются бесколлекторные синхронные двигатели постоянного тока (Brushless Direct Current Motor или BLDC), позволяющие эффективно работать в широком диапазоне оборотов с высоким моментом. Изредка используются асинхронные моторы, в качестве центральных. (Про “Двигатели Шкондина”, про которые так много шуму в интернете, можно выпустить отдельный разоблачающий материал;).

“Мозг” же электробайка - контроллер . Контроллер управляет электродвигателем, подавая в нужный момент питание на его обмотки в зависимости от требуемой скорости вращения и мощности. Контроллер также управляет всей всей “логикой” велосипеда: на входе получая сигналы от положении ручки газа, переключателей режимов работы (можно, например, в разных режимах ограничивать скорость, мощность или даже включать задний ход), кнопки круиз-контроля (очень помогает при езде в загородном режиме), сигналы с датчиков тормозов (т.к. нужно выключать питание мотора при нажатии ручки тормоза или даже включать рекуперативное торможение двигателем, если оно поддерживается) и т.п.

Энергия для питания сердца и мозга электробайка запасается в аккумуляторной батарее . Обычное напряжение батарей электровелосипедов - от 36 В до 48 В. Скоростные аппараты могут комплектоваться высоковольтными батареями (до 100 В).
В настоящее время в подавляющем большинстве электровелосипедов используются литиевые батареи (подробнее об их типах ниже), имеющие наилучшую энергоёмкость. Тяжёлые свинцовые батареи применяются лишь на самых дешёвых аппаратах.
Батарея состоит из отдельных аккумуляторных ячеек, соединённых последовательно / параллельно.

У батареи также есть свой “мозг” - это система управления батареей (Battery Management System или BMS ). Защищает батарею от перезаряда, переразряда, превышения допустимого тока, а также балансирует отдельные ячейки батареи, чтобы они разряжались равномерно.

Для отображения всей необходимой информации и точного “подсчёта калорий” необходим ваттметр , позволяющий точно сказать, сколько энергии потрачено и сколько ещё осталось. Специализированный ваттметр сочетает в себе функции велокомпьютера, считая также скорость, расстояние и производные показатели, такие как как энергопотребление на километр пути (Вт*ч / км).

Для питания низковольтных потребителей (фара, задний фонарь, гудок, повторотники) необходимо снижать бортовое напряжение до более низкого (5, 8 или 12 вольт). Для этого используются высокоэффективные преобразователи постоянного тока (DC-DC ).

Сложности переходного возраста

Задача создания мощного байка осложняется тем, что вся индустрия комплектующих для электровелосипедов в данное время рассчитана на маломощные аппараты. Класс мощных и скоростных электробайков, стоящих на полпути к мотоциклам, только формируется, поэтому создателям таких аппаратов на каждом шагу приходится что-то придумывать.

Батареи

Серийно выпускаемые батареи для электровелосипедов создаются, как правило, из элементов, не способных выдерживать большие токи. C-rating (отношение тока, которое способна выдавать батарея, к ёмкости батареи, выраженной в ампер-часах) серийных батарей, составленных, как правило, из литий-ионных ячеек, не более 1, в то время как под мощные велосипеды, которые мы создаём, требуются батареи с C-рейтингом минимум 2.5. То есть, например, при ёмкости 20 А*ч способные длительно выдавать ток 50 A. Что при 50-вольтовой батарее позволило бы выдавать мощность 2.5 кВт - интересующий нас минимум. В результате батареи приходится паять (а сейчас уже сваривать с помощью точечной сварки) самостоятельно из подходящих для этого элементов. Поиск и подбор подходящих по характеристикам элементов, их тестирование и отбраковка - также отдельная задача. Сейчас мы используем призматические элементы LiFePO4 и LiNiCo, позволяющие создать энергоёмкие и компактные батареи.

Основные типы литиевых аккумуляторных элементов

LiFePO4 (литий-железо-фосфатные). Могут эксплуатироваться на морозе до -30 градусов, доступен быстрый заряд за 45 мин, имеют самое большое число циклов заряда-разряда (1500-2000), позволяют отдавать большую мощность, пожаробезопасны, не горючи. Однако, имеют вдвое более низкую удельную ёмкость, чем у литий-ионных аккумуляторов (т.е. в 2 раза выше вес при той же ёмкости), относительно дороги (но удельная цена эксплуатации самая низкая из за большого числа циклов).
Используются нами в качестве основного решения в комплектах для велосипедов-хардтейлов, однако из за своих габаритов не подходят для установки в передний треугольник рамы велосипедов-двухповесов, где очень мало свободного места.
Li-Ion (литий-ионные). Классические литиевые батареи, используемые в основном для питания электроники. Они наиболее легкие и ёмкие, наиболее дешёвые, имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч/кг). Однако, имеют узкий температурный диапазон эксплуатации (от 0 до +40 градусов Цельсия), небольшое число циклов заряда-разряда (300-400), не позволяют отдавать большие токи. Эти батареи наиболее часто используются в маломощных электровелосипедах, но для мощных аппаратов они малопригодны из за низкого C-rating.
LiPo (литий-полимерные). Высокая энергоёмкость, почти такая же, как у элементов Li-Ion. Допускают высокие разрядные токи, высокий C-rating. Однако, как и Li-Ion имеют меньшее число циклов заряда-разряда (300-700) и узкий температурный диапазон: при эксплуатации ниже 0 выходят из строя, а на жаре, от короткого замыкания или механических повреждений могут воспламениться. Из за своей высокой пожароопасности на электровелосипедах применяются только бесстрашными энтузиастами.
LiNiCo / LiNiCoMnO2 (литий-никель-кобальт). Имея преимущества LiPo (высокую энергоёмкость и способность выдавать большие токи), лишены их недостатков: имеют более широкий температурный диапазон, и, главное пожаробезопасны. В результате своей компактности используются нами в электрокомплектах, предназначенных для установки на велосипеды-двухподвесы.

Моторы

Но самую большую проблему в задаче создания мощного и лёгкого электровелосипеда представляют собой моторы.
Серийные моторы либо слишком маломощные, либо тяжёлые, либо имеют низкий КПД, либо перегреваются, либо всё вместе сразу;)

Моторы, применяемые для электровелосипедов, можно разделить на три класса, у каждого из которых есть свои недостатки применительно к мощным электробайкам.

Безредукторные мотор-колёса (direct-drive)

Усилие магнитного поля передается сразу на колесо, потому и зовутся direct drive (прямой привод).
Неприхотливы, надёжны, так как в них нет никаких изнашивающихся элементов, кроме подшипников. Допускают использование в качестве электрического тормоза для рекуперативного торможения. Но имеют два больших недостатка.

Первый - большой вес. Например, мотор номинированный на 2.5 kW будет весить в среднем от 7 кг, а мотор на 6 kW целых 12 кг. Это сильно сказывается на весе готового велосипеда. Кроме того, размещение тяжёлого мотора в заднем колесе смещает назад центр тяжести (велосипед становится неудобно носить, совершать на нём трюки / прыгать), а также увеличивает “неподрессоренную массу” колеса, что в худшую сторону сказывается на его живучести, повышая требования к прочности обода, толщине спиц. В связи с этим колёса с тяжёлыми директ-драйвами часто спицуются в мото-обод, т.к. подобрать велосипедные обода нужной прочности сложно.

Второй недостаток - низкий КПД при езде на низких оборотах. Например, при езде в горку, по грязи, песку или бездорожью, где разогнаться не получается, такой мотор будет сильно перегреваться. Например, при езде в горку 20% сферический мотор direct drive на 6 кВт будет работать примерно на 20% своего КПД, а 80% будет уходить в тепло. В таком режиме мощный мотор-колесо может перегреться и сгореть за пару минут, если его вовремя не отключить (обычно реализуют автоматическое отключение мотора по сигналу с термодатчика). Что неудивительно: при слабом теплоотводе в замкнутом пространстве мотора и работе в режиме низкого КПД обмотки нагреваются со скоростью мощного электрического чайника (4.8 кВт в нагрев в нашем примере с 6 кВт мотором). Впрочем, чтобы “чайник” нагревался медленнее, в него можно «налить воды» - отдельные энтузиасты решают проблему с помощью водяного охлаждения .

Редукторные (geared) мотор-колёса

Содержат встроенный планетарный редуктор, обычно имеющий передаточное число 5:1. Имеют меньший вес при той же мощности, больший КПД “на низах” по сравнению с безредукторными моторами. Однако, механически менее надёжны (больше движущихся механический частей) и не поддерживают рекуперативное торможение. Но, главное, серийно не выпускаются для мощностей больше 1000 Вт.

Центральные моторы (middrive)

Миддрайвы, как следует из их названия - это внешний привод с высокооборотистым электромотором, устанавливаемый как правило в районе кареточного узла, передающий усилие через систему цепей, шестерен или ремней. Позволяют добиться наилучшего соотношения мощность-вес (чем выше обороты электромотора, тем более лёгким его можно сделать при той же мощности). Например, авиамодельные двигатели при мощности 6 кВт могут весить лишь чуть более килограмма:

Для сравнения, мотор-колёса direct-drive той же номинальной мощности (Cromotor, Crystalite, Quanshun) весят 12 (!) кг. Также расположение мотора ближе к центральной части велосипеда даёт более правильную развесовку, позволяя использовать такие велосипеды в том числе для прыжков и трюков. Могут работать в оптимальных режимах даже на крутых склонах и глубокой грязи.

Однако, мощность серийных центральных моторов для электровелосипедов обычно ограничивается 500 Вт. Наиболее мощное решение, доступное на данный момент - набор от Cyclone на 1500 Вт:

Более мощные решения на базе центральных моторов собираются энтузиастами самостоятельно, серийных готовых предложений нет. При у создателей таких мощных байков этом возникает ряд технических задач.

Редукция . Для высокооборотисных моторов для снижения оборотов (с нескольких тысяч до 500-700) необходимо применять редуктор (готовых специализированных редукторов нет, каждый изобретает сам) либо цепную / ременную передачу с высоким передаточным отношением (изготавливая самостоятельно звёзды нужного диаметра).
UPD: Впрочем, решения начинают появляться .
Передача . Для высокомощных двигателей стандартная цепь от многоскоростных горных велосипедов не подходит - она попросту порвётся или будет изнашиваться очень быстро. Необходимо использовать широкую прочную цепь для односкоростных велосипедов BMX, цепь от мопеда или минибайка или высокопрочный ремень. А это часто ведёт к необходимости изготовления нестандартных шестерёнок, втулок и обгонной муфты.

Охлаждение . Компактные высокооборотистые моторы (часто в качестве миддрайвов применяют авиамодельные двигатели, рассчитанные на эксплуатации в условиях очень интенсивного обдува воздухом), при использовании на электровелосипедах требуют отдельного подхода к охлаждению: принудительного обдува, установки радиатора, обработки обмоток теплопроводным составом для лучшего отвода тепла и т.п.
Переключение скоростей . Если для передачи таки используется велосипедная цепь и стандартная велосипедная кассета для переключении передач, то при переключении под высокой нагрузкой кассета очень быстро придёт в негодность. Не сильно спасают положение и планетарные втулки, лишь некоторые из которых способны переключаться под нагрузкой. Более живучий вариант - вариаторные втулки NuVinchi, позволяющие плавно менять передаточное соотношение. Другая проблема - в городском цикле постоянное ручное переключение скоростей неудобно, нужно следить не только за ручкой газа, но и за ручкой переключения передач, что снижает простоту и удобство управления электровелосипедом. Выходом здесь могут являться автоматические планетарные / вариаторные втулки, появившиеся в последнее время. Тем не менее в мощных (от 2 кВт) велосипедах с центральным мотором от переключения передач часто отказываются, что упрощает конструкцию и управление, благо выскокооборотистый синхронный двигатель с редукцией позволяет выдавать высокий момент на любой скорости.

А ещё восокооборотистые двигатели, редукторы и цепные передачи шумят.

Тем не менее, благодаря своим преимуществам, центральные моторы имеют огромный потенциал и всё чаще будут использоваться в мощных электровелосипедах по мере появления готовых узлов и решений. Пока, тем не менее, мощные миддрайвы остаются уделом отдельных энтузиастов или фирм, создающих индивидуальные решения под себя .

Вело-компоненты

Велосипедные компоненты для заряженного байка также испытывают повышенные нагрузки и требуют внимательного подбора.

Прочные колёса

Для мотор-колёс нужен усиленный обод (обычный может смяться от увеличенной нагрузки на колесо, высокой скорости и “колдобин” на дорогах), более толстые спицы. Зачастую с тяжёлыми мотор-колёсами применяют мото-обод.

Мощные и износостойкие тормоза

Для оттормаживания тяжёлого велосипеда на высоких скоростях нужны хорошие гидравлические тормоза с увеличенным диаметром диска и большим ресурсом колодок.
Фактически специализированных тормозов для мощных электровелосипедов не существует или они только начинают появляться . Поэтому используются либо обычные тормоза, с трудом справляющиеся с нагрузкой и быстро изнашивающиеся, либо наиболее мощные тормоза для вело-даунхилла, которые очень дороги. Также можно использовать тормоза от минибайка, самостоятельно приспосабливая их к велосипедным стандартам (изготавливая переходники для крепления тормозной машинки, тормозного диска или даже сам тормозной диск).

Усиленные вилки

Велосипедные амортизаторы также испытывают повышенный износ при работе на больших скоростях при увеличенном весе аппарата. Для наиболее мощных и тяжёлых электровелосипедов единственным подходящим по прочности выбором являются двухкоронные вилки для даунхилла; однако, предназначенные для отработки очень больших неровностей, они слишком мягкие для езды по асфальту.

* * *

Таким образом, класс мощных электровелосипедов требует особого внимания к компонентам, многие из которых слишком дороги или требуют доработки. Специализированных компонентов для байков, стоящих посередине между велосипедом, мопедом и мотоциклом, либо не существует, либо они только начинают производиться. Это создаёт определённые сложности, но также и открывает простор для творчества.

Транспорт или развлечение?

Тем не менее, мы верим, что мощный электровелосипед - персональный транспорт будущего, который будет набирать популярность. Обладая всеми практическими достоинствами и скоростью скутера, он более универсальный и проходимый, маневренный, бесшумный, экологичный, дешёвый в эксплуатации. Электровелосипед можно хранить дома, для него не нужен гараж или охраняемая стоянка, как для мотоцикла или скутера, который опасно оставлять на ночь на улице.

Однако это не только практичный транспорт, это ещё и прекрасный способ проведения досуга: катание на скоростном бесшумном байке по пересечённой местности в режиме «эндуро» - нескончаемый источник адреналина. Также, в отличие от скутера или мотоцикла, который с наступлением холодов ставится в гараж, на электробайке

Идея установить электропривод на велосипед напрашивается сама собой. В самом деле, почему двигатель внутреннего сгорания можно (это практикуется уже очень давно), а электрический — нельзя? При современном уровне электроники подобная модернизация велосипеда должна быть даже проще, нежели использование иных движков. Кроме того, это не потребует согласования с регистрационными службами ГИБДД.

Для тех, у кого этот транспорт является основным средством передвижения (например, для ежедневных поездок к месту работы и обратно), электрификация «двухколесного друга» позволит значительно экономить свои силы и нервы . Нет необходимости простаивать в нередких в нынешнее время пробках, скорость у электровелосипеда для городских условий приличная, так что реальное время поездки, нередко, даже сокращается, по сравнению с обычным наземным личным или общественным транспортом.

Наскучило просто кататься? Освойте ! В статье рассказывается как научиться ездить на заднем колесе.
Для желающих освоить скейтбординг наш как выбрать, купить и научиться кататься на скейте.

Постоянно подзаряжая аккумуляторы, дома или в любом доступном месте, можно обладать значительным запасом пробега, и, при правильном расчете маршрута и емкости батарей, всегда быть уверенным в своих возможностях. Да, в конце концов, в случае непредвиденных неприятностей, можно добраться и обычным способом – на педалях.

В настоящее время можно, без особых сложностей, приобрести готовый велосипед с электроприводом, однако стоимость его достаточно высока. А есть ли возможность переоборудовать своего верного «коня» самостоятельно? Оказывается, что это вполне реально, и многие мастера делятся в сети своими секретами.

Некоторые из них проводят глубокий «апгрейд» велосипедов, используя совершенно неожиданные конструкторские задумки, узлы и материалы, зачастую приобретенные на «барахолке» или в автомагазинах. Менее «продвинутые» просто приобретают готовые комплекты для электрификации вело-транспорта – благо, производители предлагают их в достаточно широком ассортименте.

Какие существуют типы передачи вращательного движения от двигателя на ведущее колесо?

Фрикционная передача

Эта разновидность электропривода, хотя и встречается в продаже, но не пользуется особой популярностью. Принцип ее – немудреный. Двигатель устанавливается прямо у ведущего колеса, передача крутящего момента происходит непосредственно с вала статора на покрышку. Казалось бы – все просто и очевидно. Но то, что, может быть, применимо для детских электрических машинок и велосипедов, малопригодно в реальном использовании транспорта.

Посудите сами:

Нет никаких передаточных звеньев, то есть исключается возможность увеличения угловой скорости колеса за счет использования редукторов;
Крайне низкий КПД;
Даже незначительное падение давления в камере колеса резко уменьшит эффективность такого привода.
Постоянное трение между фрикционом двигателя и протектором покрышки резко снижает ее долговечность.
В условиях сырой погоды, грязной дороги, мороза коэффициент трения существенно уменьшится, фрикцион будет пробуксовывать, что снизит и без того невысокую энергоотдачу привода.

Единственным плюсом этой системы является простота ее установки, которая не потребует каких-либо глубоких переделок велосипеда.

Нет, если планировать переделку с реальными повышениями эксплуатационных качеств велосипеда, от подобной схемы лучше сразу отказаться.

Классическая цепная или ременная передачи

Этот принцип чаще всего используется мастерами – «самоделкиными», из-за его визуальной «понятности» и широкого выбора необходимых комплектующих от обычных велосипедов. В качестве двигателя нередко используются электромоторы от бытовой техники (например от стиральной машины) или автомобильного электрохозяйства.

Что можно сказать о недостатках подобного привода?

Надо сразу отметить, что переделка велосипеда таким способом потребует от владельца достаточно глубоких знаний механики и высоких технологических навыков.
Еще одним недостатком является шумность системы с таким видом передачи, но в дорожных условиях это вряд ли кому-то доставит существенные неудобства.
Доработка связана с некоторыми изменениями в конструкции рамы, что может снизить ее прочностные характеристики. Во всяком случае, не рекомендуется проводить подобные работы на велосипедах с карбоновыми или алюминиевыми рамами – только на стальных.

Зато недостатки скрашиваются целым рядом преимуществ :

Понятно, что здесь – широчайшее поле для креативных конструкторских идей. Однако, не забыли про велосипедистов и производители – существуют в продаже готовые комплекты для электровелосипеда. Наибольшей популярностью пользуются наборы тайваньской фирмы «Cyclone».

Выпускаются подобные «конструкторы» в разных исполнениях – с использованием штатной цепи велосипеда, или с передачей усилия через дополнительную цепь с одной или двумя добавочными звездочками.

Системы оснащены электродвигателями мощностью от 360 до 1500 Вт , с напряжением питания 24 или 36 вольт. Для управления работой привода используются электронные контроллеры , причем в двигателях до 500 ватт они, как правило, встроенные. В комплект входят все необходимые крепежные элементы, средства визуального контроля и ручного управления приводом.

Монтаж электропривода будет вполне посильной задачей для любого владельца с «правильно растущими руками».

Общее утяжеление велосипеда вполне приемлемое – 3-4 килограмма, но вот скорости, которые он может развивать – весьма внушительны — 40 и более километров в час.

Самое простое решение – мотор-колесо

Для любителей облегченной езды на велосипеде производители предлагают еще один вариант, в котором электродвигатель и колесо конструктивно скомпонованы в один узел, так называемое, мотор-колесо.

Преимущества такой системы очевидны:

При установке данного привода велосипед не подвергается каким-либо значимым доработкам, не изменяется значительно и его внешний вид. Единственное – установка органов управления на руле и аккумуляторного отсека – на раме.
Установка не требует каких-либо существенных знаний и умений – при правильном подборе колеса-мотора она доступна, наверное, всем.
Работа двигателя практически бесшумна.
При желании велосипед легко трансформируется обратно в обычный.

Есть, конечно, и ряд недостатков :

Колесо с размещенным в ним приводом – достаточно тяжелая конструкция (6 и более килограмм), увеличивающая общую массу транспортного средства. Опытные велосипедисты рекомендуют устанавливать усиленную переднюю вилку.
Существуют определенные ограничения по мощности привода.
Превышение установленной производителем скорости может дать обратный эффект – двигатель превращается в генератор и самопроизвольно тормозит движение.

Продаваемые комплекты представляют собой собранный в ступице колеса бесколлекторный электродвигатель мощностью от 200 до 1000 Вт.

Как правило, в продажу поступают готовые конструкции – со спицами и колесным ободом, однако для любителей подходить к делу обстоятельно реализуются и просто двигатели. В этом случае выбор и установка необходимых спиц и обода ложится на хозяев транспорта. Так сказать, мотор-колесо своими руками.

В комплект обязательно входит контроллер, обеспечивающий правильную работу привода, механизмы управления, аккумуляторные батареи с блоком подзарядки.

В зависимости от предпочтений, можно выбрать как переднее, так и заднее ведущее колесо. Некоторые велосипедисты решают задачу «одним махом» — делают свою «машину» полноприводной.

Наиболее популярными среди поклонников электропривода считаются моторы-колеса «Polariss», «Yamasaki», «Electra», «Golden motor» . Приобрести их можно как через специализированные магазины, так и заказав через интернет.

Реально оценив свою потребность в электровелосипеде, финансовую состоятельность и техническую подготовленность для выполнения собственноручного монтажа, можно сделать выбор в пользу той или иной модели.

Видео

Первым «комом» была попытка собрать байк на основе киловаттного мотор-колеса MagicPie со встроенным контроллером, купленного в комплекте с батареей 10 А*ч для установки на багажник. Собрать аппарат удалось, однако радость от нового велосипеда, разгонявшегося до невиданных 42 км/ч, была недолгой - багажник под весом батареи прожил ровно три дня, сломавшись на разбитых самарских дорогах. Управляемость и развесовка при таком расположении батареи также не сильно радовали. Тяжело приходилось и заднему колесу, которое и без того прибавило в весе - на скорости в очередной яме можно было легко пробить камеру или даже погнуть задний обод.

У получившегося монстра из-за ширины батареи даже не вращались педали.

Понятно, что оставлять это так было нельзя.