AKADEMIA EKONOMICZNEJ JAZDY
Praktyczne porady.
AKADEMIA EKONOMICZNEJ JAZDY
Wiedza o napędach - podstawy i nie tylko...
AKADEMIA EKONOMICZNEJ JAZDY
Krok po kroku...
Previous
Next

AKADEMIA EKONOMICZNEJ JAZDY - UŻYTKOWANIA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO.

Zacznijmy od postawa: różnice miedzy „napędem” spalinowym w Waszym samochodzie, a napędem elektrycznym. Posłużę się tym porównaniem, ponieważ prawie każdy z Was miał przez większość życia do czynienia z użytkowaniem samochodu  z silnikiem spalinowym, a prawie nikt  z napędem elektrycznym..

 Na początek elementarne info, które powinno  ( taki jest mój zamiar), wywołać lekki szok…

  • Jeśli porównywać napęd elektryczny do samochodu z silnikiem spalinowym, to zużycie energii ( paliwa) przez napęd elektryczny, gdyby je porównać do zwykłego samochodu, jest takie, jakby samochód spalał 1.5 litra paliwa przy skrajnie ekonomicznej jeździe, i 80 litrów przy skrajnie „zabawowym” sposobie jazdy… robi wrażenie ? Wydaje się to nierealne z perspektywy doświadczeń zebranych  z wieloletniego  użytkowania samochodu, gdzie „rozrzut” zużycia paliwa mieści się pomiędzy „5.5 w trasie”, a „8,5 w mieście”. Ale by w pełni wykorzystywać możliwości swojego roweru elektrycznego ( w domyśle – zbudowanego przez nas), musicie zmienić przyzwyczajenia nabyte podczas jazdy samochodem.
  • nadal posługując się porównaniem samochodu z silnikiem spalinowym do napędu elektrycznego w rowerze – zmiana trybu wspomagania, z 1 na 2..3.4..5.. nie jest adekwatna do zmiany biegów w samochodzie.  O wiele bardziej przypomina to wymianę silnika spalinowego w samochodzie z „litrowego”, na „dwulitrowy”, „trzylitrowy” itd… przyjmując że „pojazd” jest porównywalny z Mercedesem ważącym 2000kg.

 

Carpatia, profesjonalny rower wyprawowy dużego zasięgu.

   Dlaczego takie są realia użytkowania napędów elektrycznych ?

 Ponieważ pomiędzy napędami spalinowymi, które przyjęliśmy jako punkt odniesienia, a napędami elektrycznymi, jest jedna ZASADNICZA RÓŻNICA:

  Napęd spalinowy „uwalnia moc” wraz z wzrostem prędkości obrotowej, a napęd elektryczny generuje od momentu startu, dosłownie w milisekundy, taką moc, jakiej od niego zażądacie wychylając manetkę czy ruszając z miejsca pedałując, od razu na trybie 4 czy 5.

 

  Na załączonej grafice możecie zobaczyć jak wygląda krzywa mocy dla klasycznego, nowoczesnego silnika spalinowego.  Czerwona linia – jeśli potraficie odczytywać wykresy tego typu zauważycie, że silnik, mimo że jego moc maksymalna to 100 kW, przy prędkości obrotowej 1000 ob/min, generuje moc rzędu 12 kW, przy prędkości około 2000 obr/min ma moc około 70kW, itd. i dopiero w bardzo wąskim zakresie obrotów ( nazywanym – obrotami mocy maksymalnej), osiąga moc znamionową 100kW w tym przypadku w zakresie 3500 – 4000 obr. min. 
Wykres dotyczy silnika diesla, w przypadku silników benzynowych, krzywa jest jeszcze bardziej „spiczasta” – np mały silnik spalinowy o pojemności 1100 cm3, mający moc maksymalną rzędu 50 koni mechanicznych, generuje tą moc dopiero przy bardzo wysokich obrotach rzędu 5.500 -6.500 obr/min, a w całym zakresie z którego kierowca korzysta podczas normalnej jazdy, czyli 2-3.5 tyś obr/min, generuje moc rzędu 10-25 kM.

 Dlaczego to opisujemy ?

  Ponieważ napęd elektryczny zachowuje się zupełnie inaczej. Jeśli przy starcie z miejsca „wrzepicie” manetkę do oporu, napęd będzie pobierał moc maxymalną natychmiast – watomierz na wyświetlaczu pokaże pobór mocy np 1200-1500 Wat ( najpopularniejszy napęd jaki stosujemy).  To samo dotyczy ( a nawet w jeszcze większej mierze), dynamicznego ( tryby 3-5) ruszania z miejsca pedałując, ale o tym napiszemy dalej.

  Na razie małe, wstępne podsumowanie – choćby to, jak dynamicznie będziecie rozpędzać swój rower startując od zera, ma kolosalne znaczenie dla ekonomii jazdy i zasięgu roweru.

 Przekuwając to na przykład porównawczy samochód/rower elektryczny wygląda to tak, że ruszając samochodem z piskiem opon, za każdym razem, kiedy przejeżdzajać przez duże miasto, zatrzyma Was sygnalizacja świetlna, podniesiecie zużycia paliwa z np 8 na 10 litrów paliwa, to samo w przypadku napędu elektrycznego oznacza zużycie nawet 5ktornie więcej energii, niż przy spojonym, mało dynamicznym rozpędzaniu się. To tak jakby samochód nagle zaczął „palić” 40 litrów paliwa/ 100km.

Teraz przejdziemy do przykładów, by już na opierając się na napędach elektrycznych, jeszcze bardziej ułatwić Wam  zrozumienie ich charakterystycznych cech.

 Jako „pacjenta” wykorzystamy nasz flagowy produkt – CARPATIĘ, rower o cechach skrajnie wyprowawych.

Zasięgi CARPATII:

  1. MAKSYMANY – 450 KM.
  2. UŻYTKOWY „na lekko” 250km.
  3. Minimalny, przy maksymalnym obciążeniu – 130km. ( piachy północno-wschodniego odcinka Green Velo + przyczepa o wadze 30kg.)

   I w tym miejscu musimy wyjaśnić, co oznaczają poszczególne pojęcia: „maksymalny”, „użytkowy” itd.

MAXYMALNY, to zasięg, jaki można uzyskać tylko i wyłącznie przy korzystaniu z trybu „1”, i rozpędzaniu się w sposób skrajnie ekonomiczny, czyli z użyciem samej manetki!!!  ( tak! ale o tym później).

 Więc jeśli maksymalny zasięg Waszego roweru, to np 300km, ale wydaje się Wam że pokonując trasę w technice ” 2-3. czasami 4, a pod górkę na chwilę 5″, to miejcie świadomość, że nie zmniejszacie zasięgu maksymalnego z 300 na 280 ,ale na np 150km, więc skracacie zasięg w stosunku do maksymalnego,  O POŁOWĘ.

  Czy to jest wada czy zaleta napędu elektrycznego? 

 To już jest kwestia indywidualnej analizy, z naszego, skrajnie ultra-długodystansowo-turystyczno-rowerowego punktu widzenia – jest to olbrzymia zaleta.  W końcu nie istnieje samochód, który przy skrajnie ekonomicznym traktowaniu spala 1.5 litra/100km, a w razie potrzeby przyśpiesza jak bolid formuły 1.

"Na samej manetce"

Na chwilę przerywamy analizę ekonomii napędów elektrycznych, by omówić/wyjaśnić kwestię, którą porusza większość z Was, podczas rozmów poprzedzających zakup roweru: JAKI JEST ZASIĘG NA SAMEJ MANETCE, A JAKI Z PEDAŁOWANIEM.

 Ile razy mi już poszła para uszami słysząc to pytanie, wiem tylko ja.. no i być może reszta naszej załogi.  

No bo jak w kilku zdaniach przekazać informacje i doświadczenie zabrane przez 35 lat „zabawy” z napędami elektrycznymi… Że ” to tak nie działa…”.

Ale chociaż spróbujmy.

Zacznijmy od uświadomienia Wam, jaką mocą w nogach dysponujecie.

 Jest przyjęte, że „przeciętny rowerzysta” jest w stanie wytworzyć pedałując moc od 50 do 250 Wat, a wyczynowy kolarz nawet 350 Wat.

  Jednak w zakresie dla „przeciętnego kolarza” 50 do 250 Wat, nie rozumie się że każdy z Was jest w stanie wytwarzać moc z górnego zakresu. Zależy to od indywidualnych cech fizycznych, kondycji jaką posiadacie na danym etapie życia, czy nawet od samopoczucia w konkretnym dniu. 

A w praktyce?

 Sporo osób nigdy, nawet w najbardziej sprzyjających warunkach nie jest w stanie wytworzyć mocy powyżej 100 Wat. Żeby wycisnąć choćby 150 Wat, trzeba mieć na prawdę sporo siły, świetną kondycję, i solidną budowę ciała…

W praktyce, „pomagając” napędowi elektrycznemu, rzadko przekraczacie swój wkład powyżej 80 Wat.

  I tu dochodzimy do kluczowych kwestii – jak te Wasze 80 Wat wyciskane na siłę, ma się do siły jaką generuje silnik, np 1500 Wat wciągając Was pod górę z prędkością np 40 km/h… otóż nijak się nie ma…

 Wręcz przy rozpędzaniu roweru na poszczególnych trybach, czy w skrajnym przypadku, bawiąc się dynamiką roweru na najwyższym trybie wspomagania,  pedałując wręcz przeszkadzacie komputerowi systemu zasilania napędu w optymalnym gospodarowaniu energią..

ĆWICZENIE PRAKTYCZNE NR.1 - etap 1.

By móc ruszyć dalej z wyjaśnieniem Wam zagadnień związanych z ekonomią użytkowania napędów elektrycznych, zróbcie sobie ćwiczenia praktyczne.

  •   Zapominamy o pedałowaniu.
  • Wybierzcie odcinek względnie łatwej trasy – asfalt, dobrej nawierzchni szutr, bez większych wzniesień czy innych przeszkód, przy pokonywaniu których musielibyście zwalniać i znów przyśpieszać. Odcinek minimum 2-3km
  • przełączcie wyświetlacz na ekran, na którym są wskazania watomierza, czyli chwilowego poboru prądu/mocy przez napęd.
  • zróbcie kilka prób rozpędzania się na samej manetce, na poszczególnych trybach, na przemiennie, przekręcając od startu manetkę do oporu, i dla porównania – cały czas delikatnie dozując moc, ale tak by chwilowy pobór mocy nie przekraczał np. 200 Wat. 

 

   Zauważycie, że docelową, np maksymalną prędkość na poszczególnych trybach możecie osiągnąć na dwa skrajne sposoby. W ekonomicznym wydaniu rozpędzania, oczywiście trwa to dłużej, ale jesteście w stanie osiągnąć prędkość np 35km/h ani na sekundę nie przekraczając poboru mocy.

 W drugim wariancie, gdy wykorzystujecie pełną dynamikę jaką oferuje napęd elektryczny, przy starcie moc chwilowa może osiągnąć wartości 1200- 1500 Wat, później spadnie do np 500-800 Wat, ale ciągle będzie znacząco wyższa od wartości uzyskiwanych przy ekonomicznym sposobie rozpędzania się.

  To jednak dopiero początek doświadczenia, ale już da Wam obraz potencjalnych błędów, jakie mogliście popełniać w początkowym etapie poznawania sposobu użytkowania napędu.

ĆWICZENIE PRAKTYCZNE NR 1. - etap 2.

  Teraz zróbcie dokładnie taką samą próbę, ale startując „od zera” pedałując.  Spróbujcie rozpędzania się na każdym trybie po kolei, i uważnie obserwujcie wskazania watomierza.

  Najciekawszych informacji dostarczy Wam ten test przy ruszaniu z wykorzystaniem trybu wspomagania – „5”.

Ruszając z miejsca pedałując, na wysokich trybach wspomagania, „leci” moc praktycznie identyczna jak przy ruszaniu z manetką przekręconą do oporu, od samego startu.  

Jaki z tego wniosek ?

  Taki, że szukając metod znacznego wydłużenia zasięgu, warto przećwiczyć start i wstępne rozpędzanie z wykorzystaniem samej manetki, tak sterując mocą, by nie przekraczać z góry założonego poziomu, np 200-250 Wat. 

  W praktyce, może się to przełożyć na dodatkowe 50 km przejechane na jednym ładowaniu.

  Już choćby tak proste ćwiczenie pomoże Wam lepiej wykorzystywać potencjał napędu w Waszym rowerze.

O ZASIĘGACH - OGÓLNIE.

Zasięg roweru elektrycznego – parametr/zagadnienie wzbudzające najwięcej ( i słusznie) emocji przed zakupem roweru.

  Niejednokrotnie klienci zainteresowani wykonaniem konwersji w jej najpopularniejszym wydaniu, czyli bidonowym, słysząc deklaracje zasięgu ” rzędu 100km”, odpowiadają, że przecież w „sklepowych” rowerach, też są oferowane zasięgi ” do 100km”. 

  Tutaj niestety trzeba posłużyć się „tłumaczem” z języka marketingu, na język normalnych ludzi.

  Otóż ” Do…” w praktyce nie oznacza praktycznie NIC, chyba jedynie to, że producent/sprzedawca z absolutna pewnością zapewnia potencjalnego użytkownika, że nigdy, w żadnych, nawet najbardziej sprzyjających warunkach, rowerzysta o wadze dżokeja, nie osiągnie tych magicznych 100km zasięgu, które są w praktyce wyznacznikiem sensu użytkowania roweru elektrycznego w sposób bardziej ambitny, niż poruszanie się w mieście na dystansach rzędu 10-30km.

Trochę liczb:

Żeby nie być gołosłownym, posłużymy się rzeczywistymi liczbami / wartościami:

Standardowa bateria bidonowa stosowana w realizowanych przez nas konwersjach ma pojemność 1200 Wh ( będziemy się posługiwać tą jednostką, ponieważ jest najłatwiej, intuicyjnie wręcz przeliczalna na zasięg z uwzględnieniem mocy chwilowej generowanej przez napęd).

 Baterie w dobrej klasy rowerach, jakie możecie jako „gotowce” nabyć w sklepach, standardowo mają baterie o pojemnościach mieszczących się w zakresie 450-550 Wh, są więc przeciętnie 2.5 razy mniejsze.  

  Jeszcze gorzej wygląda sytuacja w przypadku tanich „elektryków”, jakie można nabyć w marketach, za kwoty poniżej 5 tyś złotych. 

  W nich baterie mają pojemność  znamionową ( czyli określaną przez producenta na podstawie konkretnych parametrów technicznych), – rzędu 300-450 Wh.

  I o ile w przypadku rowerów elektrycznych firmowych, z półki cenowej kilkunastu tysięcy złotych, deklarowana pojemność baterii zgadza się  rzeczywistą, wynikającą z pomiarów i użytkowania, to już w przypadku tanich rowerów „marketowych”, nie dość że nawet pojemność deklarowana jest mała, to jeszcze pomiary pojemności  ujawniają, że pojemność rzeczywista przeważnie wynosi około 75% deklarowanej.  Spotkaliśmy się już z przypadkami, że było to 50 %).

  Jakby tego było mało, ta znikoma pojemność baterii bardzo szybko spada, praktycznie z ładowania na ładowanie ( niska jakość ogniw + zbyt duże obciążenie prądowe bardzo szybko powodują degradacje ogniw).

LICZBY PRZEKUWAMY W PRAKTYKĘ.

Jednym z głównych parametrów pozwalającym ocenić z jaką baterią macie do czynienia, jest jej pojemność. Wyrażana jest w dwóch różnych jednostkach:

  • Amperogodziny ( Ah). Na przykład największa bateria bidonowa bateria ma pojemność 21,5 Ah.  Wielu z Was prosi o przeliczanie pojemności baterii z Wh ( watogodziny) na wartość w Ah. Teoretycznie pomaga to jakoś zwizualizować sobie „wielkość” baterii, porównując podaną wartość  z wielkością np akumulatora w samochodzie. 
    Np w małym samochodzie akumulator ma 30-40 Ah pojemności, a w profesjonalnym rowerze typowo wyprawowym np 33 Ah.  Jako ciekawostka – akumulator samochodowy waży około 10 kg, podczas gdy bateria do roweru, o tej samej pojemności, ważą np 5kg.  Jednostka Amperogodziny określa jakim prądem ( amperami) akumulator może być rozładowany w określonym czasie ( podstawowa jednostka dotyczy rozładowania w ciągu godziny), czyli np akumulator 30 Ah, może być rozładowywany prądem 30 Amper przez godzinę, lub 1 Ampera przez 30 godzin.  Teoretycznie wydaje się to proste 😉  Jednak jak to „przekuć” na rzeczywiste użytkowanie roweru ? Jak przeliczyć sobie szybko i w pamięci na zasięg na poszczególnych trybach ?  No właśnie…praktycznie jest to niemożliwe….

Przechodzimy więc do drugiej jednostki określającej pojemność baterii:

  • Watogodziny (Wh).  Wkrótce przekonacie się, ze mimo „egzotycznego” pierwszego wrażenia, jaki czyni ta jednostka, jest ona o wiele bardziej intuicyjna. Określa po prostu, ile WAT mocy może bateria zapewnić w oreślonej jednostce czasu, a moc już macie podaną ” jak na tacy”, wyświetlaczu, więc w każdej chwili możecie łatwo oszacować zasięg roweru, lub odwrotnie – dostosować sposób wykorzystywania napędu do danej trasy, tak by dotrzeć komfortowo do jej mety. Najpopularniejsza na całym świecie bateria bidonowa, ma pojemność około 1200 Wh ( około, ponieważ  zależy to oczywiście od typu zastosowanych do jej budowy ogniw). W praktyce oznacza to ze możecie jechać przez 12 godzin używając wspomagania na trybie „1” okolo 100 Wat, około 4.5 godzin na trybie „2”  -250 Wat, 2 godziny na trybie „3” przy mocy pobieranej 600 Wat, co już dotyczy dynamicznej jazdy w bardzo trudnym terenie.  Idąc dale tym tropem, dojdziecie do wniosku, ze katując napęd pobieraniem mocy rzędu 1500 Wat, energii wystarcz na jakieś 45 minut jazdy… I tu wracamy do istoty powyżej opisanego ćwiczenia.

Czas na ĆWICZENIE NR 2.

W tym ćwiczeniu znów oprzemy się na wskazaniach watomierza.

 Poznacie dzięki niemy sposób olbiczania zasięgu na poszczególnych trybach Waszego roweru. Już nie opierając się na bardzo szacunkowych i mocno zaokrąglonych danych, a konkretnie na parametrach Waszego roweru.

 Ćwiczenie możecie powtórzyć w różnych warunkach terenowych, np. rozpoczynając na idealnie płaskiej drodze dobrej jakości ( asfalt), a następnie w coraz trudniejszych warunkach.

  Poznacie dzięki niemu napęd w Waszym rowerze o wiele dokładniej, niż ktokolwiek mógłby Wam opowiedzieć. 

Dlaczego?

 Ponieważ te ćwiczenie, a właściwe test napędu, uwzględnia rzeczywiste warunki użytkowe roweru i napędu elektrycznego: opory toczenia, opór wiatru w różnych zakresach prędkości, ale przede wszystkim wagę rowerzysty wraz z całym rowerem. Zobaczycie też, jak będzie się zmieniała moc pobierana przez napęd, gdy będziecie próbować mu pomagać pedałując z całych sił.

  Celem ćwiczenia / testu jest sprawdzenie, jaką rzeczywistą moc pobiera napęd na poszczególnych trybach, oraz obliczenie na uzyskanie jakiego zasięgu możecie liczyć korzystając z poszczególnych trybów wspomagania.

  •  Wybierzcie płaski, długi odcinek drogi. Ważne by była to droga z małym nasileniem ruchu. Najlepiej też wybrać porę, gdy ruch jest najmniejszy możliwy. Rzecz w tym, żebyście obserwując wskazania na wyświetlaczu, nie narażali się na jakąś nieszczęśliwą kolizję z innymi uczestnikami ruchu. Jakby nie było, obserwowanie wskazań prędkościomierza i watomierza będzie działało rozpraszająco.
  • na pierwszym trybie wspomagania, rozpędzając się aż do prędkości maksymalnej dla tego trybu, obserwujcie, jak zmieniają się wskazania watomierza. Na początku, przy starcie, mimo iż tryb „1” cechuje się najmniejszą mocą, watomierz pokaże Wam, że pobierana moc może być znaczna. Np kilkaset Wat ( nawet 500) dla silników 1500 Wat, i 250-300 Wat dla silników np 800 Wat. To  czy silnik w Waszym rowerze jest nisko/średnio/szybkoobrotowy ( czyli o różnych v-max), ma również kolosalne znaczenie, ale o tym później. kluczowe w tym ćwiczeniu jest to, żebyście zauważyli, jak znacząco spada pobór mocy, gdy zaczniecie się zbliżać i  w końcu osiągniecie prędkość maksymalną wspomagania na poszczególnych trybach.

 

BARDZO WAŻNE: zapamiętajcie dwie wartości wskazań watomierza:

  • przy lekkim pomaganiu napędowi pedałowanie.
  • przy dużej pomocy pedałowaniem, bliskiej maksymalnej, jaką jesteście w stanie utrzymać na dłuższym odcinku trasy, np kilkukilometrowym

  Od razu, na bieżąco, będziemy wspólnie analizować wyniki, i przeprowadzać obliczenia.

  Przyjmijmy jako przykład, najpopularniejszy typ, z montowanych przez nas napędów:

  • 1500 Wat, silnik uniwersalny, wolnoobrotowy 8/8T
  • bateria typu duży bidon, zbudowana na ogniwach ( 91 sztuk), ogniwa np o pojemności 2900 mAh każde, co daje pojemność baterii: 7*2.9Ah*54 volt = 1096 Wh ( watogodzin). Bateria o konstrukcji 13S7P, czyli siedem równolegle połączonych sekcji po 13 ogniw.

  Jeśli napęd w Twoim rowerze, po osiągnięciu prędkości bliskiej maksymalnej na trybie „1”, pobiera np moc:

  • 100 Wat ( może przyjmować wartości od nawet 40 do 200 Wat, zależnie od wagi itp). Przy niewielkim wysiłku wkładanym w pedałowanie.
  • 60 Wat ( zakres w praktyce 30-80 Wat), przy dużym wysiłku wkładanym w pedałowanie.

To zasięg obliczamy następująco:

  • Przy niewielkim wysiłku – 1096 Wh / 100 Wat = 10 godzin jazdy. Teraz uwzględniamy prędkość jaką udało nam się osiągnąć , np 20km/h, i tą wartość mnożymy przez 1o godzin, i uzyskujemy symulowany zasięg około 200km.
  • Przy dużym wysiłku 1096 Wh / 60 Wat = 18 godzin jazdy z prędkości np 21 km/h, daje symulowany zasięg około 378 km !  

Ale oczywiście nikt nie zleca wykonania konwersji po to, by rowerem o mocy 1500 Wat, jeździć z prędkościami rzedu 2okm/h, na dodatek wypruwając sobie żyły pedałując jak na rowerze analogowym, więc te 378 km traktujemy jako czysto teoretyczny punkt odniesienia, co nam się przyda przy dalszych analizach wyników ćwiczenia.

 

  Być może już dostrzegacie pewną zależność między warunkami rzeczywistymi, a teoretycznymi. 

    Nigdy nie będziecie w stanie pokonać 200 km jadąc ciągle z prędkością maksymalną dla wybranego trybu wspomagania. Zawsze, przy każdym rozpędzaniu się do prędkości maksymalnej, napęd będzie potrzebował zdecydowanie większej mocy, niż do utrzymania już osiągniętej zamierzonej prędkości.

Jaki z tego wniosek, a właściwie kilka?

Taki, że im trudniejsza trasa, wymagająca ciągłego zwalniania i ponownego przyśpieszania, tym rzeczywiste zużycie energii będzie  większe, nawet np dwukrotnie, co może w praktyce oznaczać ( w skrajnym przypadku), że nawet korzystając tylko z tryby „1”, zamiast 200 km, przejedziecie np tylko 100 km.  

 Dalsze wnioski po zakończeniu ćwiczenia.

  •  Posłużę się tutaj wynikami testu jaki przeprowadziłem z rowerem wyposażonym w silnik o uzwojeniu 8T. Na trybie „2” po uzyskaniu i ustaleniu prędkości bliskiej maksymalnej dla tego trybu