Электрический велосипед (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 также приводиться в движение педалями и его обслуживание, если исключить электрические компоненты, не отличается от обслуживания велосипеда.

История

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

Продолжительное время конструкция электровелосипеда не притягивала интереса потребителей и крупных производителей, но в 1990-х годах с развитием бытовой электроники и появлением компактных контроллеров интерес возродился. В 1992 году компания Zike начала выпуск электровелосипедов оригинальной конструкции. C этого момента выпуск электровелосипедов во всём мире постоянно растёт. Так, на рынке США наивысший рост объёма продаж пришёлся на 2002-2003 годы; объём продолжает расти.

В Китае первые промышленные образцы электровелосипедов местного производства появились в 1998 году. В 2007 году их ежегодный выпуск в Китае достиг 17 млн штук и к 2010 году, согласно оценкам, вырастет до 22 млн. Ныне Китай - крупнейший в мире производитель электровелосипедов и одновременно потребитель. Мировое производство электровелосипедов оценивается в 18 млн штук, ожидаемый прирост к 2010 году - около 30 млн штук в год.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Электровелосипед позволяет преодолевать подъёмы и значительные расстояния неподготовленным людям

• Если заряд батарей кончится, то можно доехать на педалях

• Возможность зарядки батарей от бытовой электросети

• Электровелосипед, как и обычный, можно хранить в городской квартире

• Энергетические и экономические затраты на перемещение одного человека меньше, чем у любого другого вида транспорта, включая общественный. В частности, суммарные затраты первичной энергии для электрического велосипеда в 2-4 раза ниже, чем у обыкновенного велосипеда.

• 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, даже с наилучшими 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.

Компоненты

Специфика и характеристики электрических компонент 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 переоборудовать практически любой распространённый городской велосипед под мотор-колесо с минимальными затратами. Дизайн средства передвижения почти не страдает и наличие электрического двигателя не бросается в глаза. 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 двигателя сравнительно меньше, чем в случае мотор колеса, а переоборудование становится сложнее и несколько страдает внешний вид.

Батареи

Наиболее распространены следующие типы батарей:

• 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.

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. Еще более лучшими 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) без суицида. 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 свой минус - они возгораются при сильном перезаряде или механическом повреждении.

Контроллер

Контроллер (controller - с англ. "управляющий") - это электронное устройство, управляющее работой электровелосипеда. 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 разноцветные кабели с контактными разъёмами для различных устройств 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.

Применение

Несмотря на наличие привода, 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 позволяет дозировать физическую нагрузку.