Rower elektryczny z możliwością ładowania na publicznych stacjach

Agnieszka Choroszucho, Damian Orzechowski, Norbert Waśkiewicz, Dawid Szubzda, Gabriela Kamińska

Streszczenie: W artykule przedstawiamy rower elektryczny z możliwością szybkiego ładowania. Rower jest przystosowany do jazdy zarówno po drogach publicznych, jak i terenowych. Głównym założeniem było rozwiązanie jednego z największych problemów związanych z ładowaniem dwukołówek elektrycznych. Zgodnie z założeniami projektu, innowacyjny rower elektryczny jest przygotowany do szybkiego ładowania baterii dzięki zamontowaniu specjalnej ładowarki pokładowej i złącza typu 2, które zgodnie z normą IEC 62196 jest powszechnie stosowane w publicznych stacjach ładowania (np. Greenway, Orlen Charge). Naładowanie baterii od zera do pełna zajmie mniej niż 2 godziny, co pozwoli na przejechanie kolejnych 150 km.

Wstęp

Elektromobilność, e-mobilność, e-mobility, to zagadnienia związane z szeroko pojętą elektryfikacją pojazdów. Związane są m.in. z samochodami, rowerami, deskorolkami, motocyklami. Elektromobilność to nie tylko końcowy produkt, ale cały proces technologiczny i produkcyjny. Elektromobilność to nie tylko środki transportu zasilane energią elektryczną, lecz także związana z tym infrastruktura. W Polsce powstaje coraz więcej punktów ładowania pojazdów elektrycznych [1].

Rower elektryczny zyskuje coraz większą popularność. Wielu osobom może stanowić alternatywę dla samochodu, a jego koszty utrzymania są niemal zerowe, ponieważ roweru elektrycznego nie trzeba tankować, ani nawet ubezpieczać. Łatwiej i szybciej można dojechać na przykład do pracy bez konieczności stania w korkach. Dla wielu osób taki zakup będzie sposobem na utrzymanie aktywności fizycznej. Elektryki są też ekologiczne.

1. Rowery elektryczne

Wybór najlepszego roweru wyposażonego w silnik (rys. 1) należy rozpocząć od ustalenia, w jaki sposób planujemy z niego korzystać, czy jako rower miejski, czy może górski (MTB). Bardzo istotną sprawą dla każdego użytkownika roweru elektrycznego jest zamocowanie silnika. W najdroższych i najlepszych rowerach znajduje się on na środku, co zapewnia odpowiednie wyważenie pojazdu. W tych bardziej budżetowych modelach silnik montowany jest z przodu lub z tyłu, przy czym za bardziej komfortową i bezpieczniejszą opcję traktowany jest montaż przy tylnym kole. Bateria – najważniejsza jest jej pojemność. Pojemność około 6–8 Ah pozwala przejechać na jednym ładowaniu maksymalnie około 50–60 km. Należy też sprawdzić lokalizację ogniwa, ponieważ wpływa ona na komfort ładowania i rozkład masy roweru. Opcjonalne rozwiązanie to akumulator zintegrowany, czyli wewnątrz ramy lub przymocowany do rury dolnej roweru. Jednak często bateria znajduje się w miejscu bagażnika. Rower elektryczny powinien oferować użytkownikom komfortową jazdę także bez wspomagania. Z tego powodu należy zwrócić uwagę na budowę roweru, czyli: przerzutki, amortyzatory, hamulce, oświetlenie, bagażnik czy stopka. Bardzo ważną sprawą są też: waga roweru, rozmiar kół czy ogólne wymiary.

2. Założenia projektu

Celem było wykonanie innowacyjnego napędu elektrycznego, który może być zastosowany w pojazdach elektrycznych. Głównym założeniem pracy było rozwiązanie problemów związanych z ładowaniem jednośladów elektrycznych. Zgodnie z założeniami projektu, rower elektryczny wraz z napędem będzie przystosowany do szybkiego ładowania akumulatorów dzięki instalacji specjalnej ładowarki pokładowej oraz złącza TYPE 2, które według standardu IEC 62196 [2] jest stosowane na szeroką skalę na publicznych stacjach ładowania (np. ORLEN). Naładowanie akumulatora od zera do pełna zajmie mniej niż 2 godziny, a to pozwoli na przejechanie 150 km. Rower elektryczny, który będzie zgodny ze standardem IEC 62196 z założenia powinien posiadać następujące parametry: zasięg: ok. 120–150 km, czas ładowania: 2 godziny, moc: 250 W/8 kW, kalibracja i programowanie napędu, przygotowanie pojazdu do jazdy, prędkość maksymalna: 25/80 km/h.

W projekcie istotną rolę odgrywają elementy takie jak: sterownik silnika, bateria, która zostanie skonstruowana specjalnie pod wymagania projektu oraz ładowarka przerobiona zgodnie z założeniami projektu (tj. możliwość szybkiego ładowania oraz kompatybilność pojazdu ze standardem złącza Type 2). Rower jest jednym z praktycznych zastosowań takiego opracowanego zestawu napędowego. Akumulator zostanie zbudowany z zakupionych ogniw litowo-jonowych (3,8 kWh).

3. Wykonany rower elektryczny

Wykonany napęd i zamontowanie go w rowerze elektrycznym zakończono w postaci gotowego produktu przedstawionego na rysunku 2. Na podstawie testów i wielu próbnych jazd stwierdzono, że po pełnym naładowaniu pojazd dysponuje energią 3,5 kWh, co pozwala na przejechanie ok. 140 km w cyklu mieszanym. Zmierzono maksymalną prędkość pojazdu, która wynosi ok. 80 km/h. Cechą charakterystyczną roweru jest, że lekkie naciśnięcie klamki hamulcowej uruchamia hamowanie regeneracyjne. Natomiast mocniejsze powoduje hamowanie mechaniczne. Jest to odzysk energii, ale także oszczędność klocków hamulcowych. Dodatkowo wykonano chłodzenie sterownika i ładowarki. Oba te podzespoły produkują dużo ciepła i są umieszczone wewnątrz ramy, gdzie nie ma obiegu powietrza, z tego powodu zastosowano chłodzenie cieczą. Rower wyposażony jest w komputer pokładowy. Posiada możliwość ograniczenia mocy i prędkości roweru oraz uruchamiania napędu za pomocą nacisku na pedały, aby był dostosowany do obowiązujących przepisów dla rowerów elektrycznych w ruchu drogowym. Prezentowany rower elektryczny ma także możliwość ładowania na stacjach fotowoltaicznych.

4. Podsumowanie

W artykule przedstawiono wykonany rower elektryczny z możliwością szybkiego ładowania (koszt ładowania jest rzędu 1,50 zł a czas ok. 2 godzin). Prezentowany rower z pewnością nadaje się na różne nawierzchnie i różnego typu wycieczki. Po naładowaniu możliwe jest przejechanie dodatkowych 140 km. Prezentowany środek transportu z pewnością może zastąpić samochód i pozwolić na szybsze dotarcie do celu bez konieczności stania w korkach, co jest w dzisiejszych czasach wielkim utrudnieniem transportu i komunikacji.

Literatura

1. Informacje dotyczące elektromobilności, [https://www.cire.pl/artykuly/elektromobilnosc-materialy-problemowe/183438-czym-tak-naprawde-jest-elektromobilnosc-auta-to-tylko-wierzcholek-gory-lodowej](https://www.cire.pl/artykuly/elektromobilnosc-materialy-problemowe/183438-czym-tak-naprawde-jest-elektromobilnosc-auta-to-tylko-wierzcholek-gory-lodowej)
2. Standard IEC 62196, [https://webstore.iec.ch/publication/59922 (https://webstore.iec.ch/publication/59922)

dr inż. Agnieszka Choroszucho – a.choroszucho@pb.edu.pl,
inż. Damian Orzechowski – damian.orzechowski@outlook.com,
inż. Norbert Waśkiewicz – norbert.waskiewicz.109529@student.pb.edu.pl,
Dawid Szubzda – dawid.szubzda.115347@student.pb.edu.pl,
Gabriela Kamińska – 88922@student.pb.edu.pl,
Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny