Ein Elektrofahrrad besteht aus einigen wichtigen Komponenten (Akku, Motor, Controller, Display).Dieser Artikel soll denjenigen, die gerade erst etwas über E-Bikes lernen, die Rolle der einzelnen Komponenten erklären.
Der Akku
Elektrofahrradbatterien sind der Motor hinter der wachsenden Beliebtheit von E-Bikes und bieten Fahrern ein nachhaltiges und effizientes Fortbewegungsmittel.Diese Batterien haben sich seit den Anfängen schwerer und weniger effizienter Optionen wie Bleisäure, Nickel-Cadmium oder NiMH erheblich weiterentwickelt.Heutzutage wird der Markt von Lithium-Ionen-Batterien dominiert, die aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Leistung und Zuverlässigkeit zum Synonym für moderne E-Bike-Systeme geworden sind.
Die Entwicklung der E-Bike-Batterien
Der Weg von den sperrigen und schweren Batterien der Vergangenheit zu den eleganten und effizienten Lithium-Ionen-Geräten von heute ist ein Beweis für die Fortschritte in der Batterietechnologie.Lithium-Ionen-Batterien haben die E-Bike-Branche revolutioniert, indem sie eine leistungsstärkere und langlebigere Energiequelle bieten, die bis zu zehnmal leichter ist als ihre Blei-Säure-Pendants.Dieser Technologiesprung hat E-Bikes nicht nur benutzerfreundlicher gemacht, sondern auch ihre Reichweite und Lebensdauer verlängert, da erstklassige Lithiumbatterien bei ordnungsgemäßer Wartung eine regelmäßige Nutzung von über 5–6 Jahren ermöglichen.
Auswahl der richtigen Batterie für Ihr Elektrofahrrad
Bei der Auswahl eines Akkus für Ihr E-Bike ist es wichtig, Faktoren wie Spannung, Leistungsbedarf und Reichweite zu berücksichtigen.Batterien mit höherer Spannung können mehr Leistung und Geschwindigkeit liefern und so das Fahrerlebnis verbessern.Für einen effizienten Betrieb ist es jedoch wichtig sicherzustellen, dass der Controller Ihres E-Bikes die Spannung verarbeiten kann.Ein weiterer kritischer Aspekt ist die Reichweite, die typischerweise in Wattstunden (Wh) gemessen wird.Um die Reichweite zu berechnen, multiplizieren Sie die Amperezahl der Batterie mit ihrer Spannung.Beispielsweise hätte ein 48-V-15-Ah-Akku eine Energie von 720 Wh, was unter idealen Bedingungen etwa 36 Meilen entspricht.
Die Konfiguration der Zellen in der Batterie eines Elektrofahrrads, die in Reihen- und Parallelschaltungen angeordnet sind, bestimmt die Gesamtspannung und -kapazität des Batteriepakets, gemessen in Amperestunden (Ah).Üblicherweise sind E-Bike-Akkus für eine Spannung von 36 oder 48 Volt ausgelegt, es gibt jedoch auch Akkus mit Spannungen von nur 24 V oder bis zu 72 V.Systeme mit niedrigeren Spannungen erfordern tendenziell einen höheren Strom, was die Verwendung dickerer Drähte und robusterer Anschlüsse erforderlich macht, um die erhöhte Last zu bewältigen.Umgekehrt besteht bei Systemen mit höheren Spannungen die Gefahr eines Stromschlags, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet werden.Der Spannungsbereich von 36–52 V wird oft als ideal angesehen, da er die Sicherheit vor Stromschlägen mit den Vorteilen der Verwendung von Kabeln und Anschlüssen mit geringerem Durchmesser in Einklang bringt, weshalb er häufig für E-Bikes gewählt wird.
Die Kapazität einer Batterie, die angibt, wie viel Ladung sie aufnehmen kann, wird entweder in Amperestunden (Ah) oder Wattstunden (Wh) gemessen.Wattstunden werden durch Multiplikation der Amperestunden mit der Spannung berechnet und liefern ein klares Bild des Gesamtenergieinhalts der Batterie und damit ihrer potenziellen Reichweite.E-Bike-Akkus bieten typischerweise zwischen 300 und 800 Wattstunden Energie.
Der Motor
Elektrofahrräder nutzen einen Motor, um die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie in mechanische Leistung umzuwandeln und das Fahrrad vorwärts zu treiben.Dieser Motor kann an verschiedenen Stellen am Fahrrad angebracht werden, wobei der Nabenmotor ein üblicher Typ ist.Der Nabenmotor befindet sich in der Vorder- oder Hinterradnabe und ermöglicht einen einfachen Umbau von einem herkömmlichen Fahrrad, indem einfach das Rad gegen eines mit motorisierter Nabe ausgetauscht wird.Heutzutage sind die meisten E-Bike-Motoren bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) mit Permanentmagneten, die über drei Phasenkabel für die Stromversorgung und häufig fünf Hall-Sensorkabel verfügen, damit das Steuersystem die Position des Motors messen kann, um einen reibungslosen Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten zu gewährleisten.
Nabenmotoren gibt es in zwei Haupttypen: Getriebemotoren und Direktantriebsmotoren.Je nach Einsatzzweck können sie klein mit bescheidener Leistung oder groß und leistungsstark sein.Beispielsweise erfordern schwere Aufgaben wie das Transportieren von Gütern oder das Erklimmen steiler Hügel größere Motoren, während leichte Unterstützung auf überwiegend flachem Gelände mit kleineren, kompakteren Motoren bewältigt werden kann.
Wenn ein E-Bike schneller gefahren wird als die maximale Drehzahl des Motors, die durch die Kombination aus Motor- und Batteriespannung bestimmt wird, ist die Reaktion des Motors je nach Typ unterschiedlich.Ein Getriebemotor mit Freilauf liefert keine Leistung mehr, während ein Direktantriebsmotor möglicherweise eine regenerative Bremsung einschaltet, die einer weiteren Beschleunigung standhält und möglicherweise die Batterie wieder auflädt.
Der Unterschied zwischen Nabenmotoren und Mittelmotoren bei elektrisch unterstützten Fahrrädern
Der Unterschied zwischen Nabenmotoren und Mittelantriebsmotoren bei Elektrofahrrädern liegt in ihrer Platzierung und ihren Leistungsmerkmalen.Nabenmotoren sind in die Radnabe integriert, was bedeutet, dass sie das Rad direkt antreiben.Sie sind einfach, relativ kostengünstig und leise und verfügen über einen Direktantrieb mit weniger beweglichen Teilen, was sie langlebig und wartungsärmer macht.Nabenmotoren eignen sich für flaches Gelände und regelmäßiges Pendeln.
Mittelmotoren hingegen sind im Kurbel- und Pedalbereich des Fahrrads montiert.Sie treiben die Kette des Fahrrads an und nutzen die vorhandenen Gänge des Fahrrads, was bedeutet, dass sie in einem größeren Geländebereich, einschließlich steiler Hügel, effizienter fahren können.Mittelantriebssysteme bieten eine bessere Gewichtsverteilung und einen niedrigeren Schwerpunkt, was das Fahrverhalten des Fahrrads verbessert.Sie sind im Allgemeinen teurer als Nabenmotoren und können aufgrund der zusätzlichen Belastung der Kette und der Schaltung des Fahrrads einen höheren Wartungsaufwand erfordern.
Beide Motortypen bieten deutliche Vorteile und die Wahl zwischen ihnen hängt von den spezifischen Bedürfnissen des Fahrers und der Art des Geländes ab, durch das er navigieren wird.
Regler
Der Motorcontroller ist eine entscheidende, aber oft übersehene Komponente im Hardware-Setup eines Elektrofahrrads.Ohne dieses Gerät ist es unmöglich, einen bürstenlosen Motor direkt an einen Akku anzuschließen.Der Motorcontroller erfüllt zwei wesentliche Rollen:
1) Es wandelt die Gleichspannung des Akkupacks in einen dreiphasigen Wechselstrom um, der für die Motorwicklungen erforderlich ist, damit sich der Motor drehen kann.
2) Es regelt dynamisch die an den Motor gelieferte Spannung, die von 0 V bis zur vollen Spannung des Akkupacks reichen kann.Diese Regelung erfolgt als Reaktion auf Eingaben vom Gashebel, den Pedalsensoren des Benutzers und voreingestellten Stromgrenzen.
Es ist besonders wichtig, die letztgenannte Funktion zu verstehen.Der Motorcontroller kann die Spannung, die den Motor erreicht, auf einen beliebigen Wert zwischen Null und dem von der Batterie bereitgestellten Maximum modulieren.Beispielsweise erhält der Motor bei einem 48-V-Akku bei niedrigen Geschwindigkeiten möglicherweise nur 10–12 V, bei mittleren Geschwindigkeiten etwa 25 V und bei Annäherung an die Höchstgeschwindigkeit des Fahrrads die vollen 48 V.Wenn Sie mit einer 48-V-Batterie bei 50 % Gas fahren, erhält der Motor 24 V und verhält sich genauso wie mit einer 24-V-Batterie bei Vollgas.
Diese von der Motorsteuerung gesteuerte Spannungsschwankung ermöglicht die Feinabstimmung der Motorleistung während der Fahrt, was für die Steuerung eines Elektrofahrzeugs von entscheidender Bedeutung ist.Der Controller arbeitet im Wesentlichen als DC-DC-Abwärtswandler, der die Spannung zum Motor herabsetzt und gleichzeitig den Strom proportional erhöht.Beispielsweise könnten 48 V und 10 Ampere von der Batterie zum Controller fließen, der dann 24 V und 20 Ampere umwandelt und an den Motor liefert.
Motorsteuerungen sind mit spezifischen Spannungsbereichen und Stromgrenzen ausgestattet.Die Strombegrenzung ist die maximale Stromstärke, die der Controller aus dem Akku ziehen kann.Eine kleinere Motorsteuerung mit geringem Stromverbrauch kann für 14 Ampere ausgelegt sein, was bedeutet, dass sie der Batterie nicht mehr als 14 Ampere entnimmt.Wenn der Motor versucht, mehr Strom zu ziehen, reduziert die Steuerung automatisch die Spannung zum Motor, um die Stromaufnahme auf dem eingestellten Grenzwert zu halten.Die Verwendung eines Controllers mit niedriger Stromstärke und einem großen Nabenmotor führt dazu, dass der Motor weniger Leistung abgibt, als er leisten kann.Umgekehrt könnte die Kombination eines Controllers mit hoher Stromstärke und eines kleinen Motors zu Überhitzung, Beschädigung oder Verschleiß der internen Komponenten des Motors führen.
Anzeige
Moderne E-Bike-Bausätze und komplette E-Bikes sind in der Regel mit einem hochentwickelten Anzeigecomputer ausgestattet, der dem Fahrer eine Dashboard-Ansicht des Status des Fahrrads bietet.Dies ist eine bedeutende Verbesserung gegenüber den frühen E-Bike-Modellen, die nur über eine einfache LED-Batterieanzeige verfügten.Im Gegensatz zu den standardisierten Displays für Computer oder Fernseher mangelt es diesen E-Bike-Displays jedoch an Einheitlichkeit in verschiedenen Aspekten wie Funktionalität, Kommunikationsbussen (wie I2C, Canbus, LIN, UART usw.) und Protokollen.Diese Displays sind normalerweise mit einem bestimmten Motorcontroller gekoppelt und für bestimmte Kit-Funktionen entwickelt. Selten können Sie zu einem Motorcontroller einer anderen Marke wechseln und ihn mit Ihrem Display funktionieren lassen, oder umgekehrt, Sie können ein alternatives Display dafür finden Ihr spezifischer Controller.
