Среднестатистический легковой автомобиль класса «С» имеет собственную массу около 1100-1400 кг, максимальную полезную нагрузку: 400-500 кг. Таким образом средняя полная масса составляет 1700 кг. Среднюю максимальную мощность двигателя такого автомобиля, для удобства подсчета, примем за 100 квт ( примерно соответствует 136 л.с.)
Получается, для перевозки 1 кг. груза, включающего вес автомобиля и полезную нагрузку, может быть задействовано до 59 ватт мощности.
Среднестатистический электровелосипед, с двигателем мощностью 350 ватт и свинцово-кислотными аккумуляторами, имеет средний вес 40 кг. Вес среднего пассажира примем за 75 кг. Итого получаем 115 килограммов общего веса.
Получается, для перевозки 1 кг. груза, включающего вес электровелосипеда и полезную нагрузку, может быть задействовано (если не помогать педалями) только 3 ватта.
Поэтому при изменении условий поездки: массы перевозимого груза, скорости движения, наличия или отсутствия ветра, рельефа местности, температуры воздуха, манеры вождения и других параметров, максимально возможный пробег электровелосипеда будет меняться из-за отсутствия такого запаса мощности, как у автомобиля, в гораздо больших пределах (в процентном соотношении )
Мы рассмотрим влияние этих переменных на величину максимального пробега электровелосипеда с помощью электродвигателя. Также попробуем разобраться в ваттах, вольтах и ампер часах и перевести их в километры пробега, а также дать рекомендации по уменьшению энергозатрат и, соответственно, увеличению пройденного расстояния от одной зарядки аккумуляторов.
Для этого мы замерим расходуемую при движении энергию, как с помощью электродвигателя, так и при помощи педалей, а затем определим ключевые места потерь энергии и опишем способы, как с этим бороться.
Факторы, влияющие на максимальное расстояние пробега можно разделить на две категории: постоянные, которые мы не можем изменить и переменные, воздействуя на которые, можно значительно увеличить максимальный пробег.
Постоянные факторы, влияющие на максимальное расстояние пробега
.jpg)
Влияние мощности мотор-колеса на расход энергии и максимальный пробег
Как известно, электрическая мощность двигателя равна произведению силы тока на напряжение. Следовательно, более мощные двигатели, при использовании максимальной мощности, потребляют больше энергии, чем менее мощные. Обратите внимание, что это утверждение действительно только в случае выдачи двигателем с большей мощностью большего крутящего момента, чем менее мощным двигателем. А вот при равных скоростях движения, расход энергии у обоих двигателей: более мощного и менее мощного, будет практически одинаковым.
При большей скорости, развиваемой более мощным двигателем, расход энергии у него действительно будет выше, но максимальное пройденное расстояние будет сопоставимо с расстоянием, пройденным с помощью менее мощного двигателя при меньшей скорости передвижения ( с поправкой на аэродинамическое сопротивление)
Вывод: максимальная мощность двигателя, сама по себе, мало влияет на максимальное пройденное расстояние, а влияет в основном на скорость электровелосипеда.
Расход электроэнергии на преодоление 1 километра
Замеры расхода электроэнергии при разных режимах работы электровелосипеда показывают следующие результаты:
- мотор-колесо электровелосипеда без нагрузки, (вывешено в воздухе) с минимальным газом: примерно 9 ватт/1 км
- мотор-колесо электровелосипеда без нагрузки, (вывешено в воздухе) с полным газом: примерно 75 ватт/1 км.
- электровелосипед движется по прямой дороге, без ускорений, со средней скоростью 15 км/час: 10-11 ватт/1км
-электровелосипед движется по прямой дороге со средней скоростью 24 км/час: 13-15 ватт/1км
-электровелосипед движется при сильном встречном ветре со средней скоростью 20 км/час: 16-20 ватт/1 км
- электровелосипед движется по прямой дороге с помощью электродвигателя и педалей со скоростью 20 км/час: 5-7 ватт/1км.
- При разгонах пиковая мощность может достигать 800-900 ватт/1 км (в течении короткого времени)
Вывод: Расход электроэнергии зависит от скорости, частоты разгонов и помощи педалями.
Выбег: мотор колеса разных производителей имеют разную длительность свободного вращения без подачи электроэнергии, или другими словами движения накатом.
Причем, более «тугие» мотор-колеса, обычно имеют лучшие технические характеристики, за счет применения более качественных магнитов, если только затруднение вращения не вызвано некондиционными подшипниками.
Вывод: при включенном мотор-колесе, этой составляющей можно пренебречь.
Перевод емкости аккумуляторов в километры пробега
Исходя из вышеприведенных расчетов и богатого собственного опыта испытаний и эксплуатации разных моделей электровелосипедов, могу сказать, что максимальный пробег электровелосипеда в пересчете на каждый свинцово-кислотный аккумулятор напряжением 12 вольт и емкостью 12 ампер часов, в реальной жизни, при обычной манере езды, составляет 8-12 километров.
То есть, для электровелосипеда с двумя аккумуляторами, средний пробег составит 16 – 24 км; с тремя аккумуляторами: 24-36 км; с четырьмя аккумуляторами, - только 30-45 км (из-за возросшего веса электровелосипеда)
На эти показатели можно ориентироваться при эксплуатации любых электровелосипедов со стальной рамой, новыми свинцово-кислотными аккумуляторами и мотор-колесами мощностью 250-500 ватт.
Вывод: Не питайте иллюзий, глядя на фантастические показатели максимального пробега из рекламы, потому что коэффициент полезного действия у любого мотор-колеса, от разных производителей, будет находиться в пределах 90-95 %, обеспечивая примерно одинаковый пробег разным электровелосипедам, - при одинаковой скорости движения.
Таким образом, на величину пробега с помощью электродвигателя, из постоянных факторов, влияет в основном качество аккумуляторов.
При покупке электровелосипеда, - рекомендуем обращать внимание на соотношение цены - качеству изделия и проверять дату изготовления (чем свежее, - тем лучше) , параметры и вес аккумуляторов. Оценить реальные параметры аккумуляторов можно с помощью нагрузочной вилки (быстрый способ), либо замерив время разряда предварительно заряженных аккумуляторов под нагрузкой (точный способ, но к сожалению, вряд ли возможный в момент покупки)
Переменные факторы, влияющие на максимальное расстояние пробега
.jpg)
Вес велосипеда и вес седока.
Малая масса – необходимое условие для создания любой экономичной машины, в том числе и электровелосипеда.
Многие, наверное, слышали, что вес чемпионских веломашин находится в пределах где-то 6-7 кг. Да и сами спортсмены не отягощены пивными животиками. Чем меньше сумма двух слагаемых - веса седока и веса велосипеда, тем легче двигателю вращать колесо, преодолевая инерцию массы и сопротивление качению.
Что ж, мне теперь худеть? - скажете Вы.
Вообще-то не помешает, если, конечно, имеются предпосылки к полноте. И сделать это можно при помощи электровелосипеда, как можно чаще передвигаясь при помощи педалей. Но можно оставить все как есть, только пробег уменьшится на несколько процентов по сравнению с субтильным китайским велосипедистом.
«Полнота» электровелосипеда тоже складывается из лишних килограммов.
Модели со стальной рамой и свинцово-кислотными аккумуляторами, к сожалению, заведомые аутсайдеры в смысле веса, и в развитых странах используются все меньше и меньше. Их вес обычно находится в пределах 30 – 50 кг.
Электровелосипеды, собранные на базе алюминиевой рамы, с применением облегченных компонентов и питающиеся от литий-железофосфатных аккумуляторов, расплачиваются за малый вес в 20 – 27 кг, - более высокой стоимостью. Соответственно, пробег при равных показателях емкости аккумуляторов у более легких моделей всегда будет немного выше, набор скорости – резвее, а тормозной путь – меньше.
Вывод: более легкие модели электровелосипедов, - потребляют меньше энергии для передвижения.
Сопротивление качению - очень важный параметр, съедающий до 30-40 процентов мощности.
Для эксперимента: сделайте круг по двору на накачанных колесах при помощи педалей. Потом приспустите их и сделайте еще круг. Разница в ощущениях будет колоссальная. Чем меньше пятно соприкосновения покрышки с асфальтом, тем лучше. На эту величину влияет вес (чем больше, тем выше сопротивление качению) и давление воздуха в шинах.
Поэтому всегда необходимо накачивать колеса до максимально допустимого давления, на которое рассчитаны ваши покрышки. Я обычно качаю 4.5 атмосферы (как у грузовика)
Но имейте в виду, - перекачанные шины ухудшают управляемость, особенно на скользком покрытии.
Вывод: максимально накачанные покрышки облегчают качение электровелосипеда.
Трение в трансмиссии, или механические потери: съедает 5-10 процентов энергии.
Именно «благодаря» потерям на трение, неосуществима золотая мечта изобретателей о создании вечного двигателя.
Если Вы раскрутите свободно вывешенное колесо с помощью электродвигателя или педалей и затем прекратите раскрутку, через некоторое время колесо остановится. Это и есть потери на трение в трансмиссии, с элементом незначительного аэродинамического сопротивления. Оно зависит от качества деталей и смазки.
Вывод: используйте качественные комплектующие, не экономьте на смазке.
.jpg)
Аэродинамическое сопротивление, напрямую зависит от скорости, развиваемой электровелосипедом, а также силы и направления ветра.
При проектировании любого автомобиля, перед конструкторами ставиться задача максимального снижения лобового сопротивления. Это достигается за счет уменьшения миделя ( общей площади лицевой части автомобиля, с применением коэффициента), создания обводов кузова с высокой обтекаемостью, устранения турбулентностей в воздушном потоке, обтекающим движущееся авто.
Вы конечно, не гонщик «Формулы 1» и не каравелла Колумба, которая на всех парусах бороздит мировой океан, но сильный встречный ветер, - один из самых больших тормозов для маломощного двухколесного транспорта и может забирать до 60 процентов энергии, необходимой для движения. Во времена моей юности, начав работать после окончания школы, по понедельникам, - я ездил на велосипеде на работу в соседний город на расстояние 35 километров, всю неделю жил в общежитии, а в пятницу на велосипеде, возвращался обратно. Так вот: если дул сильный ветер в лицо, я ехал на автобусе.
Для электровелосипеда, движущегося со скоростью 7 – 10 километров в час, аэродинамическое сопротивление при отсутствии встречного ветра будет настолько малым, что им можно пренебречь. А вот с ростом скорости ситуация меняется: чем выше скорость, тем больше сопротивление воздуха. Профессиональные велосипедисты, развивающие скорость до 55 – 60 км/час имеют специально подготовленные веломашины, где даже колесные обода могут быть сплошными для улучшения обтекаемости и используют специальную экипировку и шлемы.
Вывод: для экономии энергии не развивайте высокую скорость и принимайте спортивную посадку
Манера езды: в молодости на своей первой (затем на второй и третьей) машине я ездил так: резко набирал скорость со светофора и не менее резко тормозил перед следующим. При передвижении между городами, каждую обогнавшую меня машину расценивал, как брошенный вызов и мог не сдаваться на протяжении сотен километров. В итоге: передних тормозных колодок хватало примерно на 25- 30 тысяч километров, а недорогой в то время бензин, заканчивался со скоростью прямо пропорциональной цифрам на спидометре.
Абсолютно то же самое действует и в отношении электровелосипеда. Резкие наборы скорости и частые торможения, длительная езда на максимальной скорости истощают аккумуляторы гораздо быстрее, чем неспешное равномерное движение, без ускорений и торможений.
Самой интеллектуальной гонкой на сегодняшний день, я считаю гонку на топливную экономичность при минимальных затратах времени. Результаты, которых достигают гонщики на серийных машинах с опломбированными бензобаками ошеломляют: 3-3.5 литра бензина на 100 километров, для двигателей объемом 1.2 – 1.6 литра в реальных городских условиях и намного превосходят заводские характеристики по экономичности, и так кажущиеся большинству водителей сплошным надувательством со стороны автокорпораций.
Вывод: спокойная манера езды с невысокой средней скоростью, без частых торможений, способствует экономии энергии.
.jpg)
Рельеф местности или борьба с земным притяжением: понятно, что езда по прямой отнимает меньше энергии, чем горные дороги Крыма, Карпат, или например, холмы Киева. Съезжая с холма, особенно по плохой дороге, хочешь – не хочешь, приходится тормозить. Если в контроллере реализована функция рекуперации энергии, то при торможении двигателем часть ее возвращается, а если тормозить колодками, то вся выработанная Вами, с помощью съеденных за обедом котлет энергия, идет на нагрев атмосферы и усугубление глобального потепления. Сразу после торможения начинается подъем на следующий холм…
В случае катания между не очень большими холмами, я заезжаю на вершину со скоростью 3-4 км/час, чтобы потом, пригнувшись (для лучшей аэродинамики) катиться без тормозов до середины следующего холма. Затем история повторяется.
Вывод: используйте рельеф местности, правильно выбирая траекторию движения и скорость.
.jpg)
Температура воздуха: наибольшая эффективность в отдаче энергии свинцово-кислотными аккумуляторами достигается при температуре + 25 градусов Цельсия и емкость, указанная на аккумуляторах, может быть полностью реализована только при температуре, близкой к указанной. При колебаниях температуры в ту или иную сторону, - эффективность аккумуляторов - уменьшится.
Любой водитель, заводивший машину в сильный мороз, подтвердит мои слова, испытав на своем опыте уменьшение емкости аккумуляторов (и повышение трения в агрегатах). При эксплуатации аккумуляторов в условиях повышенных температур их эффективность снижается в меньшей степени, чем на морозе, но многие производители электромобилей, тем не менее, предусматривают в конструкции отдельное принудительное охлаждение для литий-ионных аккумуляторов, устанавливаемых на такие машины.
Вывод: При поездках в холодную погоду, предварительно прогревайте аккумуляторы при комнатной температуре.
Движение при помощи педалей:
В музее науки и техники Шанхая, в числе прочих, есть один интересный аттракцион: велосипедный тренажер, соединенный с генератором электрического тока и при вращении педалей показывающий вырабатываемую человеком мощность в виде светящегося светодиодного столбика.
Сделав рывок, или «спурт», что на английском означает то же самое и используется как термин в велогонках, мне удалось зажечь столбик на уровне примерно 500 ватт. После этого «ехать» дальше на велотренажере мне расхотелось.
Замеры, сделанные на велотренажере с помощью медицинского оборудования (пульс, давление, электрокардиограмма сердца) и приборов измерения мощности, показывают, что при движении на велосипеде в прогулочном темпе, человеком затрачивается примерно 50-70 ватт мощности.
При вращении педалей в среднем темпе, или движении с небольшим встречным ветром, расход энергии увеличивается в 2 раза, до 100-150 ватт
При поездке с максимально возможной скоростью или подъеме на очень крутую гору, расход энергии возрастает еще вдвое, - для неподготовленного человека близок к максимуму, и достигает 200-300 ватт электрической мощности. О мощности кратковременного рывка, я уже написал в начале. Для справки:пешеход на преодоление 1км, двигаясь со скоростью 5км/час затрачивает примерно 20Вт энергии.
Вывод: электровелосипед прекрасный способ вести здоровый образ жизни, потому что дает возможность дозировать нагрузки и позволяет в «случае чего» доехать до места назначения при помощи педалей.