Как сделать рекуперацию на электровелосипеде
Электрические велосипеды с регенеративным торможением
Системы рекуперативного торможения получили широкое распространение на электрических и гибридных автомобилях. Они встречаются и на электрических велосипедах, хотя и существенно реже. Как работает регенеративное торможение? Очень просто. Электрический мотор гасит кинетическую энергию движения автомобиля, вырабатывая при этом электричество, которое запасается в аккумуляторах. Благодаря энергии рекуперативного торможения увеличивается эффективность электрического велосипеда и расстояние, проезжаемое на одной зарядке аккумуляторов. Именно благодаря системе рекуперативного торможения у Toyota Prius расход топлива не зависит от режима езды — едете ли вы по городу с постоянными остановками или мчитесь по шоссе.
Система рекуперативного торможения на электрических велосипедах устроена гораздо проще, чем на автомобиле. Электровелосипед с регенеративным торможением может только включать и выключать эту функцию. Обычно тормозной мощности электромотора недостаточно и параллельно приходится задействовать обычные тормоза. На электрическом велосипеде регенерация активируется при мягком нажатии на тормозную ручку. При этом можно ощутить, как задействуется система рекуперативного торможения. Если надавить на ручку посильнее, то включаются обычные тормоза. На данный момент система рекуперативного торможения, способная регулировать тормозное усилие, реализована исключительно на электрических велосипедах BionX.
Эффективность системы рекуперативного торможения на велосипеде.
Накат электровелосипеда с регенеративным торможением.
Система рекуперативного торможения на электрическом велосипеде создает дополнительное сопротивление, даже тогда, когда тормоза не используются, так как двигатель постоянно подключён к трансмиссии велосипеда. Двигатель постоянно вращается, даже во время спуска. Это дополнительное сопротивление немного снижает накат велосипеда, но настолько незначительно, что вы вряд ли его почувствуете во время езды и оно никак не скажется на общей эффективности. Положительный эффект от системы регенерации энергии превышает отрицательный эффект дополнительного сопротивления.
Влияние рекуперативного торможение на износ тормозов.
Применение рекуперативного торможения позволяет существенно снизить износ тормозов, а также их нагрев во время продолжительных спусков. Кроме того рекуперативное торможение работает плавно и не издаёт лишнего шума. И что немаловажно, вы тратите энергию на подзарядку аккумулятора, а не на нагревание окружающего пространства, как это происходит в случае с обычными тормозами.
На какие велосипеды можно установить систему рекуперативного торможения.
Систему рекуперативного торможения можно установить практически на любой велосипед. Её нельзя установить на велосипеды с планетарной передачей, чему препятствует наличие трещотки. На электровелосипеды с двигателями Mid также можно установить систему рекуперации, хотя сделать это будет сложнее.
Насколько сложно производителю оборудовать свои велосипеды системами рекуперативного торможения?
Ни один электрический велосипед Pedego не оборудован системой рекуперативного торможения… жаль!
Установить рекуперативное торможение на велосипеды без планетарной передачи достаточно просто. Удивительно, что лидеры рынка электрических велосипедов, создавшие популярные модели с прямым приводом, так и не смогли оборудовать их системами регенеративного торможения. Так, например, ни один электрический велосипед Pedego не имеет встроенной системы регенеративного торможения. Если бы это было слишком сложно или дорого, но нет — установка системы рекуперации обойдётся компании не более, чем в 10 долларов. Для этого требуется всего лишь немного доработать контроллер.
Электрические велосипеды с регенеративным торможением отличаются только схемой контроллера. Никакую дополнительную электропроводку устанавливать не требуется.
Модели электрических велосипедов с рекуперативным торможением.
Хотя большинство современных электрических велосипедов оснащается компактными редукторными электродвигателями, но системы регенеративного торможения встречаются нечасто. Приятным исключением являются электровелосипеды на базе комплекта BionX: Ohm, Smart, Grace, Trek, и т. д.
Хотя установить рекуперативное торможение на электровелосипед с редукторным мотором достаточно просто, но только несколько компаний смогли освоить выпуск таких велосипедов. Большинство высококачественных электрических велосипедов с прямым приводом имеют встроенную систему регенеративного торможения:
Электрические велосипеды Stromer St1 и Magura Hydraulic Brakes.
Электровелосипеды Smart Bike на базе комплекта BionX.
Электрические велосипеды Speciailized Turbo.
Электровелосипеды Stealth Bomber.
Электрические велосипеды Grace.
Как своими руками сделать электрический велосипед с рекуперативным торможением?
Сделать своими руками электровелосипед с регенеративным торможением совсем несложно. Просто вы должны выбрать электрический велосипед на базе мотор-колеса с прямым приводом, например, Crystallyte или 9c, и купить контроллером со встроенной системой регенеративного торможения. Самый простой способ собрать велосипед с системой рекуперативного торможения — купить комплект BionX, исходно оснащённый регенеративным торможением.
Электрические велосипеды с изменяемой силой регенеративного торможения.
Возможность изменять силу регенеративного торможения на электровелосипеде была бы очень удобна, но к сожалению она пока ещё недоступна. За исключением электровелосипедов BionX, имеющих четыре степени регулировки силы рекуперативного торможения. На всех остальных электрических велосипедах регенерация устроена очень примитивно — она только попеременно включается и выключается.
На электрическом велосипеде на базе комплекта BionX вы можете контролировать уровень регенерации, который отражается на пульте управления, что особенно полезно на длительных спусках. На фотографии выше можно увидеть четыре деления, отражающие степень помощи при педалировании. Если на пульте управления нажать кнопку минус, то вы сможете выбирать между четырьмя степенями регенерации. Довольно неплохо. BionX совершенна во всём. Если бы она ещё встроила эту регулировку в тормозную ручку, то было бы просто замечательно. BionX заслужила свою высокую репутацию в том числе и за счёт изобретения самой лучшей системы регенеративного торможения.
Включить рекуперацию на электровелосипеде
При рекуперативном торможении велосипеда с тяговым мотором прямого привода, поддерживающим функционирование в режиме генерации энергии, электроэнергия трансформируется в другую форму и поступает обратно в сеть или копится в АКБ. Известно, что порядка 30% кинетической энергии при торможении превращается в тепло и рассеивается. Рекуперация позволяет избежать этих потерь и направить сохраненную энергию на питание АКБ, тем самым немного увеличивая дальность хода электровелосипеда без подзарядки.
Как включить рекуперацию на электровелосипеде?
Рекуперация как торможение электродвигателем, способным функционировать в режиме генератора, обеспечивается путем перехода механической энергии в электрическую. В процессе торможения электромотор играет роль генератора, преобразует тепловую энергию, и она в дальнейшем протекает через сеть и идет в АКБ. Данная система была разработана более 50 лет назад и на данный момент востребована в гибридных и электрических моделях транспорта. Особенно она эффективна для средств передвижения с длинным тормозным путем.
Конструкция мотор-колеса электровелосипеда дает возможность накапливать кинетическую энергию, которая высвобождается при торможении или езде с горки, и пользоваться ею при потребности транспорта в импульсе для ускорения езды. Рекуперация обеспечивается благодаря снятию напряжения со статорных обмоток мотора и его переходу в режим генератора.
Рекуперация энергии: ожидания и реальность
При выборе набора для электрификации велосипеда многие покупатели задаются вопросом, поддерживает ли электроника выбранного набора функции рекуперации? Возможность преобразования тепловой энергии при торможении интересна многим велосипедистам. Но важно понимать, что увеличение пробега за счет рекуперативного торможения электрического велосипеда будет достигать максимум 10% энергии АКБ.
Возможности мотор-колеса не безграничны, поэтому и результаты использования системы рекуперативного торможения будут не слишком впечатляющими. Тем не менее, в некоторых ситуациях и незначительный объем рекуперированной энергии может сыграть значимую роль, например, позволит вам доехать оставшиеся пару километров до пункта назначения на электротяге. Кстати, целесообразность рекуперации возрастает с увеличением веса средства передвижения.
Принцип и особенности рекуперации
Рекуперативное торможение – 2-ступенчатый процесс, протекающий при взаимодействии мотора-генератора и АКБ. Кинетическая энергия благодаря генератору трансформируется в электроэнергию, а после этого – в химическую энергию АКБ. На объем генерируемой энергии существенно влияет протяженность холмистых спусков на маршруте, угол их уклона, результативность применения системы тормозов, качество работы мотора, контроллера и АКБ.
По расчетам, чтобы полностью восполнить заряд АКБ электробайка при спусках со склонов, нужно спускаться с очень крутого склона протяженностью свыше 322 км. На практике с помощью рекуперации удается восполнять небольшую часть энергии – порядка 5%. К тому же, ни один из современных типов АКБ не может принимать энергию со скоростью, соответствующей интенсивности ее выделения при торможении. Но продолжают разрабатываться новые методики по более результативному использованию энергии рекуперативного торможения с применением специальных конденсаторов.
Нужна ли электровелосипеду рекуперация?
Функцию рекуперации не стоит считать бесполезной опцией, но и ожидать от нее фантастического эффекта также не нужно. Если вы рассчитываете, что контроллер и мотор-колесо, работающее в режиме генерации энергии, помогут в разы увеличить пробег без подзарядки, вы будете разочарованы функцией рекуперации в действии. Большой экономии она не обеспечит, зато позволит проезжать на одном заряде на пару километров больше. В некоторых случаях такой запас может оказаться очень полезным. К тому же, динамическое торможение благотворно сказывается на долговечности тормозных колодок.
Рекуперативная система – полезное дополнение электровелосипеда, только не нужно переоценивать ее функционал. А продлить пробег электробайка на одном заряде помогут другие методы – использование более емкой аккумуляторной батареи, езда в экономичном режиме и сочетание электропривода с педалированием.
А вместо прямоприводного мотора, поддерживающего функцию рекуперации, в большинстве случаев лучше использовать редукторные моторы с обгонной муфтой. Они более экономно расходуют энергию АКБ, легче весят и не притормаживают при отсутствии питания.
Узнайте в нашем предыдущем материале о причинах растущей популярности электробайков – 7 причин купить электровелосипед.
Рекуперация на электровелосипеде
Давайте разберемся с рекуперацией на электровелосипеде:
Рекуперация возможна, если на электровелосипеде установлен двигатель прямого привода. Этот тип двигателя способен работать в генераторном режиме. Однако практика использования систем рекуперации на электровелосипедах говорит о том, что это довольно спорная затея. Опыт использования системы рекуперации на электровелосипеде показывает, что возвращается не более 3 % заряда батареи. При движении в сильно холмистой местности до 5 %. Это связано с тем, что для осуществления заряда аккумуляторной батареи колесо Электровелосипеда должно иметь достаточно большие обороты, чтобы двигатель в генераторном режиме мог выдавать достаточное напряжение необходимое для зарядки аккумулятора. Во-вторых, торможения двигателем может быть недостаточно, и на крутом спуске приходится задействовать штатные тормоза, при этом возможны значительные потери энергии. Да и литиевая аккумуляторная батарея электровелосипеда не способна к скоростной перезарядке и способна поглотить всего 25-30% энергии. Для этой цели больше подошли бы суперконденсаторы (ионисторы) а не аккумулятор. В-третьих, система преобразования кинетической энергии в электрическую и возврате ее назад в батарею на электровелосипеде имеет кпд около 50%.
Заряжать же аккумуляторную батарею педалируя велосипед по относительно равнинной местности, задача не из легких. Даже просто ехать на электровелосипеде с выключенным двигателем прямого привода не очень легко. Наличие большого количества сильных магнитов в двигателе прямого привода и отсутствие обгонной муфты приводит к тому, что двигатель существенно подтормаживает колесо велосипеда даже при отсутствии питания. А при работе двигателя в режиме генератора это торможение можно сравнить с движением в достаточно крутую гору. Причем скорость движения при этом должна быть около 20 км/час.
При скорости 20 км/час зарядный ток аккумулятора будет около 2 ампер. (При таком токе аккумулятор емкостью 10 A/час зарядится за 5 часов.) Велосипедист при этом должен развивать мощность 2A*48В= 96 Вт. Однако здесь не учтены потери в системе преобразования энергии и потери при зарядке. А они составляют около 50%. Другими словами – велосипедисту необходимо развить мощность для зарядки аккумулятора в два раза большую – приблизительно 180 Вт. Следует также учесть, что для движения с такой скоростью на обычном велосипеде велосипедист должен развивать мощность около 100 Вт. Суммарная мощность, требуемая от велосипедиста, для зарядки аккумулятора и само передвижение со скоростью, по крайней мере, в 20 км/час составит около 180+100=280 Вт.
Для справки:
— хороший спортсмен велосипедист может отдавать кратковременно, мощность 500-600 Вт;
— при движении в гору с большим уклоном нетренированный человек может кратковременно отдавать мощность 220-290 Вт;
Нетрудно сделать вывод, что ехать на велосипеде в таком режиме, сколько ни будь продолжительное время нереально.
Недаром практически на все электровелосипеды заводского изготовления устанавливают не двигатели прямого привода способные работать в генераторном режиме, а двигатели с редуктором и обгонной муфтой. И это неспроста.
Если сравнивать экономичность этих двух двигателей, то можно увидеть, что редукторные двигатели мотор колеса более чем на 30% экономнее расходуют энергию, запасенную в аккумуляторной батарее, чем двигатели прямого привода, и они не тормозят движение при отсутствии питания. Ко всему, редукторные двигатели мотор колеса в два раза легче – эквивалентных двигателей прямого привода. По этой причине почти на всех серийно изготавливаемых электровелосипедах устанавливают только редукторные двигатели.
Сравните:
— используя двигатель прямого привода и систему рекуперации, вы можете вернуть в батарею максимум 5% энергии, а если будете использовать редукторный двигатель, то сможете, сэкономить 30% энергии запасенной в батарее, другими словами проехать расстояние на 25% больше, чем на двигателе прямого привода. И ваш велосипед будет существенно легче. Выбор как говорится очевиден.
Применив в качестве движущей силы на велосипеде мотор-колесо с редукторным двигателем идею рекуперации энергии на электровелосипеде можно успешно забыть, выиграв при этом около 30% пробега на одной зарядке при авиавлентоной по энергоемкости аккумуляторной батарее.
Что такое рекуперация на электровелосипеде
Электровелосипед становится все более совершенным. Быстрый разгон, плавная езда, высокая маневренность обеспечили ему популярность. Электробайк для кого-то — хобби. Другие считают его функциональным транспортным средством. Практически он предназначен для облегчения обычной езды на велосипеде. Владелец прикладывает меньше физических усилий.
Тормоза — гарантия безопасности
Разработчики много работают над тормозной системой. Электрокары и байки с мотором имеют уникальную систему торможения. Она гарантирует быструю остановку машины при возникновении экстремальной ситуации.
Что такое рекуперация на электровелосипеде? Практически то же, что и в гибридных или электрических машинах. Это способ торможения при помощи электродвигателя. Суть ее работы — быстрое гашение энергии движения.
До 30% кинетической энергии во время резкой остановки улетучивается. Она попросту растворяется вокруг. Принцип рекуперации состоит в перенаправлении высвобождаемой энергии на питание АКБ.
То есть, значительная часть кинетической энергии преобразуется в электрическую. Затем она возвращается в батарею. Аккумулятор пополняется. Увеличивается пробег.
Данная система повышает эффективность электробайка. Владелец может преодолевать более длинные дистанции, используя одну зарядку батареи. Но нельзя переоценивать этой способности. Возможности мотор-колеса весьма ограничены.
Чтобы существенно пополнить аккумуляторную батарею, колесо должно иметь очень серьезные обороты. Тогда двигатель действительно выработает большой коэффициент напряжения в режиме генератора.
Кроме того, эффективность рекуперации определяется характером езды. Иногда владельцы сознательно выходят на сложные маршруты. Они любят преодолевать препятствия, резкие повороты, внезапные остановки.
Такая стилистика вождения способна по максимуму преобразовывать кинетическую энергию. Однако существенного пополнения батареи бессмысленно ждать. Батарея забирает назад не более 3% заряда. Трасса со сложным рельефом этот показатель увеличит до 5% или чуть больше.
Нельзя рассматривать рекуперацию как способ постоянной подзарядки аккумулятора. Способность подзаряжать аккумулятор — это приятный побочный эффект от разработчиков.
Любой электробайк — это удобное, высокофункциональное ТС. С ним можно обходить многокилометровые пробки, везде успевать и просто отлично проводить время за городом.
Изнашиваются ли тормоза
Торможения только при помощи двигателя может быть мало. Например, крутой спуск требует задействования штатных тормозов. Сложная трасса с множественными спусками и подъемами заставляет их претерпевать огромную физическую нагрузку. Рекуперация частично снимает ее.
Можно попытаться самостоятельно установить контроллер с рекуперацией для мотор-колеса. Для этого понадобится наглядная схема рекуперации на электровелосипеде. И все же более надежный вариант — купить фирменный электровелосипед от надежного производителя.
Итак, преимущества рекуперации:
Функция рекуперации не является бесполезной. Однако фантастического эффекта повышения уровня батареи от нее вряд ли произойдет. Поэтому вместо прямоприводного мотора часто используется редукторный, оснащенный обгонной муфтой. Его преимущества — облегченная масса. Кроме того, редукторный мотор не имеет обыкновения притормаживать, если питания нет.
Вся правда о рекуперации электровелосипедов
Что может быть причиной такого интереса к функции рекуперации? Склонность людей преукрашивать реальность?
Вероятно, многие помнят, как в советские времена были популярны динамо-машины, или велогенераторы. Они использовались для того, чтобы питать велосипедные фары. Основной целью являлся отказ от необходимости покупать батарейки.
В наше время динамо-машины по-прежнему присутствуют в продаже, например, на Aliexpress встречаются как варианты с прижимным роликом, так и варианты с генератором, встроенным во втулку колеса.
И, казалось бы, можно использовать этот генератор для зарядки аккумулятора электровелосипеда! Но давайте обратимся к математике, которая беспристрастно расставит всё на свои места.
Недавно на одном известном форуме про электротранспорт мне встретился вопрос: «Сколько время потребуется, чтобы зарядить батарею на 48 В ёмкостью 8 Ач рекуперацией, неспешным катанием по парку со скоростью 10 км/ч?».
Именно о таком способе зарядки батареи с использованием рекуперации мечтает большинство людей, приходящих покупать электровелосипед с вопросом «А этот электровелосипед поддерживает рекуперацию?»
Во-первых, нужна достаточная частота вращения мотор-колеса, то есть необходимо ехать со скоростью хотя бы 20 км/ч.
Во-вторых, работа мотора в режиме генератора будет создавать сопротивление движению, словно вы едете в горку, причём с довольно серьёзным уклоном. А сохранять при этом скорость 20 км/ч достаточно длительное время практически нереально.
Другим, более реальным способом подзарядки батареи с использованием рекуперации, многие считают рекуперативное торможение, и это логично, учитывая что тормозить на электровелосипеде приходится довольно часто, не только перед бордюрами и прочими препятствиями, но также на спусках.
Но и здесь имеются факторы, препятствующие эффективной подзарядке батареи. Во-первых, торможения за счёт одной рекуперации может быть недостаточно, и придётся дополнительно задействовать тормозные колодки, а это потери энергии.
В-третьих, недостаточный вес. Если в случае электропоездов и электромобилей вес транспортного средства довольно значительный, то в случае электровелосипеда силы инерции уже недостаточно.
Благодаря использованию обгонной муфты и конструктивным особенностям, редукторные двигатели до 30% экономнее расходуют энергию батареи, чем двигатели прямого привода. К тому же, они в 2-3 раза меньше весят, если сравнивать двигатели с одним и тем же вращающим моментом.
Таким образом, можно использовать двигатель прямого привода и за счёт рекуперации увеличить пробег на одном заряде на 3-5%, а можно использовать редукторный двигатель и добиться прироста пробега до 30% (относительно мотора прямого привода).
На самом деле, у этих моторов разное назначение: мотор прямого привода целесообразно использовать если вы хотите перемещаться со скоростью более 50 км/ч на тяжёлом транспортном средстве, с большой батареей, и вас не беспокоит увеличенный расход энергии.
А редукторный мотор разумно использовать в случае, когда для вас важен низкий вес, эффективное использование энергии батареи (в том числе за счёт использования ассистентного режима) и устроит скорость передвижения 25-60 км/ч. Это больше похоже на электровелосипед, чем на электромотоцикл, не правда ли?
Двигатели прямого привода дешевле из-за простоты конструкции, за это их любят самодельщики, но и весят они в разы больше. А редукторные двигатели больше используют производители качественных и, как следствие, более дорогих электровелосипедов, как например electronbikes.
На этом пока всё. До встречи в новых статьях!