Az elektromos kerékpárokról 2012. MÁJUS 01.
Az utóbb években hazánkban is egyre több érdekes megjelenésű kerékpár tűnik fel. Akik kicsit is értenek a kétkerekűekhez vagy a villamossághoz, azok hamar rájönnek, hogy ezek bizony elektromos kerékpárok. Legtöbbször az akkumulátor és az agymotor az, ami árulkodó. Ám a helyzet nem ilyen egyszerű, ugyanis létezik belőlük pedelec, s-pedelec és ebike kivitel is, bár sokan helytelenül ez utóbbit használják az összes rásegítéssel rendelkező kerékpárra. ■ Pedelec A pedal+electric+cycle szavak összevonásából alakult ki. Lényege, hogy csak akkor működik az elektromos rásegítés, amikor pedálozunk. A típus nem rendelkezik „gázkarral” mint a motorok, hanem egy szenzor figyeli a pedál fordulatát vagy a pedálozási nyomatékot. A pedálozás befejezése után a rásegítés azonnal megszűnik, amely egyébként maximum 25 km/h sebességig működik. E fölött már a saját izomerőre kell hagyatkoznunk. Előírás, hogy a meghajtó elektromotor teljesítménye nem haladhatja meg a 250 W-ot. Ezeket az előírásokat az EU 2002/24/EC direktívája határozza meg. Ez azonban nem egy mai szabályozás, éppen a napokban látott napvilágot egy szintén uniós kezdeményezés, amiben az Európai Parlament csak a végsebességet határozná meg 25 km/h-ban, a motorok teljesítménye és nyomatéka korlátlan lehetne. Miért lenne jó, ha szabad lenne az út? Mert ezzel a komoly emelkedők könnyebben leküzdhetők lennének, és a teherszállításra gyártott pedelec kerékpárok is jogosítvány nélkül vezethetők lennének. Itt van a nagy különbség a két kategória között. Hivatalosan a pedelec kategóriába nem sorolható kerékpárok vezetéséhez A1-es segédmotor jogosítvány szükséges, illetve a környező országokban segédmotoros rendszám is (1. ábra). ■ S-pedelec 2011-ben még csak a „pedelec” és „e-bike” kategóriák léteztek, de különvált egy harmadik vonal is. Ez pedig az S-pedelec. Az „S” a speed, azaz sebességet jelöli. Ezeknél az elektromos kerékpároknál a rásegítés bekapcsolását nem csak a pedálozás megkezdése vagy a pedálozási nyomaték megjelenése, hanem egy markolat elfordítása vagy gomb megnyomása is indíthatja. A meghajtás segítségével elérhető végsebességük jóval meghaladhatja a 25 km/h-s sebességet, egyes modellekkel már 100 km körüli tempót is lehet kerékpározni. A meghajtó motor teljesítménye bármekkora lehet. Jellemzően 500 W-1,5 kW-ig terjednek a ma használatos S-pedelec kerékpárok teljesítményei, nyomatékuk pedig akár a több száz Nm-t is elérheti. Az e-bike-októl abban különböznek, hogy található rajtuk pedál, és hagyományos kerékpárként is tökéletesen használhatók, illetve kinézetük is inkább a kerékpárokkal mutat nagyobb rokonságot, mint a robogókkal. Hivatalosan az S-pedelec kerékpárokat csak A1-es „kismotor” jogosítvány birtokában lehet vezetni, így a bukósisak viselése is kötelező, illetve kötelező felelősségbiztosítást is kell kötni rájuk (2. ábra). ■ E-bike Ebbe a csoportba tartozik minden olyan elektromos rásegítéssel ellátott kerékpár, mely pedálozás nélkül is mozgásba hozható, legyen az elforgatható markolat vagy nyomógomb. Az e-bike-ok esetében a pedálozás megkezdése (ha egyáltalán rendelkezik pedálokkal) semmilyen befolyással nem bír az elektromos rásegítés működésére. Ha a meghajtó motor teljesítménye nem is haladja meg a 250 W-ot, de az előző kitétel teljesül, akkor is e-bike a hivatalos megnevezése a bringának. Bármelyik feltétel teljesülése esetén A1-es segédmotor jogosítvány birtokában lehet csak vezetni a kerékpárt, és a bukósisak is kötelező viseletté válik (nem a kerékpáros, hanem a motoros engedélyezési számmal rendelkező). Ezek a kétkerekűek sokszor inkább robogóra
hasonlítanak, mint „hagyományos” kerékpárra (3. ábra). Mivel az elektromos kerékpár kitételnek leginkább a pedelec típusok felelnek meg, így azokat vesszük górcső alá. Vajon kiknek szánják a gyártók a pedelec kerékpárokat? Sokan reflexből mondják a választ, hogy öregeknek és mozgáskorlátozottaknak, ez azonban csak részben igaz. Nekik is jó. Sőt nekik talán autó nélkül az egyetlen közlekedési eszköz, amivel megmarad a sportolás szabadsága, és mégis mobilisak tudnak lenni különösebb hátrányok nélkül. Azonban a nyugat-európai eladási statisztikákban évről-évre csökken az átlagéletkor. Hogy miért? Többek között azért, mert a gyártók egyre „trendibb” kinézetű pedelec-eket gyártanak, amik már a fiatalok érdeklődését is felkeltik. Egyre többen kényszerülnek külföldön is letenni az autóikat a lassan 2 euró felé tendáló üzemanyagárak miatt, illetve tőlünk nyugatra sokkal hamarabb átlátták az emberek azt, hogy az autó nem a napi munkába járás leggazdaságosabb eszköze. Persze megvenni egy pedelec kerékpárt sem olcsó, még uniós szintű fizetésből sem, de maga a fenntartása alig kerül többe, mint a hagyományos bringáké. Ma már a modern pedelec leginkább státusszimbólumnak számít, méghozzá egy nagyon pozitív életszemlélet szimbólumának: a ma elengedhetetlen zöld gondolkodásénak, és a fenntartható fejlődés jelképének.
1)
1: pedelec (pedal+electric+cycle)
2: s-pedelec (az "S" a speed, azaz sebességet jelöli)
3: e-bike (pedálozás nélkül mozgásba hozható)
■ Hogyan működik? Ha elektromos meghajtás, akkor mindenki először az agymotorokra gondol. Nagyon helyesen, hiszen ez a részegység felelős a meghajtásért. Ma már szerencsére csak
szénkefe nélküli egyenáramú villanymotorokat szerelnek a pedelec kerékpárokba (ez nem minden esetben igaz a nagyáruházi modellekre), melyek élettartama meghaladja a bringáét. Ha csak az elmúlt 3 évet vizsgáljuk, akkor is elmondható, hogy óriási fejlesztések ezen a téren nem történtek, mivel jól bevált, és közel örökéletű. Persze egyre kisebb és könnyebb motorok kerülnek forgalomba, amelyek teljesítményét könnyen lehetne 250 W fölé tornázni, amennyiben a szabályok engednék. A nyomaték emelését azonban nem kötik szabályok, így a prémium kategóriás motorok akár 45-50 Nm-t is tudnak, amely megegyezik egy 400 ccm-es túramotor nyomatékadatával. A komolyabb agymotorok bolygóművet is tartalmaznak, így nem kell szétpörögniük magukat, mivel ez belső váltórendszernek minősül. Mi, mint felhasználók, nem veszünk észre különbséget a bolygómű nélküli és az azzal ellátott agymotor között, ellenben az élettartamra és működési zajra pozitív hatást gyakorol (4. ábra). Beépítés szerint háromféle agymotort használnak a gyártók: • első agymotor • középmotor • hátsó agymotor ■ A vezérlési elv szintén háromféle lehet • Nyomaték alapú A lehető legfinomabb és legprecízebb vezérlési rendszer. Kétféle megoldással találkoztam: vagy a hátsó agymotorban kapott helyet a nyomatékszenzor, vagy a váz hátsó traktusában. A legjobb megoldás természetesen az agyon belül található, hiszen minél jobban távolodunk a hátsó tengelytől, annál több zavaró tényező avatkozik a mérés útjába. Jelenleg nincsen túl sok gyártó, aki ilyen rendszert kínál, de a jövőt mindenképpen ezek jelentik. Ezek a vezérlések egyszerű elvet követnek: folyamatosan mérik a pedálozási nyomatékot, és a kiválasztott rásegítési fokozattól függően hajtanak rá. A BionX motor esetében négy rásegítési fokozatot használható: 35%, 75%, 150% és 300%. Ez azt jelenti, hogy ha 30 W-tal pedálozunk, és a legerősebb fokozatot használjuk, akkor a motor ehhez még 90 W-ot hozzátesz. Sőt a legjobb agymotorokban motorfék üzemmód is található, a BionX esetében kétféle is igénybe vehető. Található egy szenzor a fékkarnál, így a fékkar behúzásakor nem csak a rásegítés szűnik meg, hanem rögtön motorféküzembe kapcsol az agy. Hogy mekkora legyen ennek a mértéke, az a vezérlőprogramban állítható: városi használatkor minimális is elegendő, terepen pedig markáns mértékűre is beállítható. A másik lehetőség a vezérlőegységen bekapcsolható négyfokozatú motorfék. Ez jól jön a lejtőkön, mivel ilyenkor szinte nem is kell használni a fékeket. A 4. fokozat még 10%-os lejtőn sem engedi 20 km/h fölé a bringa sebességét. Van még egy óriási előnye is a motorféküzemnek, mégpedig az, hogy visszatáplálja az energiát az akkumulátorba. Ugyancsak az előző gyártónál maradva, elmondható, hogy 100%-nak véve azt az energiát, ami hegymenetben elfogy, a lejtőn a 40%-át is képes visszatölteni. Ezzel a lehetőséggel jelentősen megnövelhető a hatótávolság. Az eddig leírtakból is látható, hogy a legkifinomultabb és energiatakarékosabb meghajtást nyomatékon alapuló vezérléssel lehet elérni (5. ábra).
4. ábra Az agymotor a kerékpárok lelke. • Pedálfordulat alapú Ebben a rendszerben egy Hall-jeladó figyeli a pedálozás fordulatszámát, és annak növekedése esetén növeli a rásegítés mértékét. Már ebből is kiolvasható a legnagyobb hátránya. Mikor van szükségünk a pedálfordulat növekedése esetén egyre növekvő rásegítésre? Sík úton. Mikor van a leginkább szükségünk a növekvő rásegítésre? Emelkedőn. Sajnos nagyon kevés olyan bringás van, aki emelkedőhöz érve egy-két fokozattal könnyebb áttételre vált, hogy „pörgetve” kisebb energia befektetéssel feljusson a hegyre. Mert ebben az esetben jól működne a pedálfordulat alapú vezérlés. Sajnos a valóságban ez pont fordítva történik. Egyre nehezebb tekerni, így folyamatosan csökken a pedálfordulat. Ekkor történik meg a váltás (ami az agyváltók esetében nem egy gyors folyamat, és a nyomatékot is meg kell szüntetni a váltás megtörténéséhez), de ez már nem vezet magas pedálfordulathoz, így a vezérlőegység nem növeli az agymotorra jutó teljesítményt. A legfurább az egészben, hogy még a 4500 EUR-s Flyer S modell is csak pedálfordulat alapú vezérlést tartalmaz, ahol azért már elvárnánk a nyomatékszenzort. Tehát nem lehet azt kijelenteni, hogy a felső kategóriában a nyomatékszenzort, az alsó kategóriában pedig a pedálfordulat-szenzort használják. Így körültekintőnek kell lenni a kerékpár kiválasztásakor. • Pedálelmozdulás alapú A lehető legbutább rendszer, amely általában a belépő szintű modelleket jellemzi. Ezekben a vezérlőegység csak annyit figyel, hogy jön-e jel a Hall-jeladótól. Tehát ha van jel, akkor teljes tolóerő, ha nincsen, akkor zéró. Ez nem csak, hogy nem kíméli az akkumulátort, hanem balesetveszélyes is tud lenni kis sebességnél. Ugyanis rögtön teljes „gázzal” megugrik a bringa, ahogy elfordul a pedál. Van azonban előnye is: aki csak nagyon kis nyomatékkal tud tekerni, az általában pörgetni sem tud, ezért az előző két rendszer használatával nem tudna komolyabb emelkedőkön feljutni. Itt viszont elegendő egy könnyű fokozatot választani, és kényelmesen, szinte nyomaték nélkül pedálozni, és az agymotor teljes erővel tol. Probléma csak ott van, hogy ezekkel az ismérvekkel általában az idős korosztály rendelkezik, akik viszont alacsony tempóval nem tudják biztosan kezelni a kerékpárt, ahol megugrik könnyen a bringa.
■ Vezérlőegységek A legtöbb pedelec kerékpárban két vezérlőegység található: az egyik az akkumulátorral egy házban elrejtve, a másik már szem előtt, a kormányon. Mi ez utóbbival foglalkozunk, hiszen csak ennek a beállításait tudjuk változtatni. Ezek a computerek tudhatnak nagyon sokat, és megdöbbentően keveset is. Legtöbb esetben a következő dolgokat tehetjük a vezérlőn: ■ ki/bekapcsolás, ■ akku töltöttségének állapota, ■ rásegítés mértéke. Természetesen léteznek sokkal nagyobb tudású egységek is, ezek mérik a sebességet, az átlagsebességet, a megtett utat, illetve képesek az akkumulátorral megtehető távolság kijelzésére is. Ez egy nagyon hasznos funkció, és lassan, de biztosan egyre több egységben jelenik meg. Nem hátrány, ha háttérvilágítással is rendelkezik, hiszen este sem árt látni, mennyi energia maradt még. Némely típusba riasztó is került: a lezárjuk a megadott gombkombinációval a bringát, és ha mégis felpattan rá valaki, akkor nem csak hangjelzést ad, hanem a legerősebb 4-es motorfék üzemmódot kapcsolja, így síkon esély sincsen eltekerni vele. Szerencsére a kelet-európai viszonyokra is gondolnak a gyártók, így a felsőbb kategóriás computerek már levehetők a kormányról (7. ábra).
5. ábra: A legkifinomultabb meghajtást nyomatékon alapuló vezérléssel lehet elérni.
6. ábra: Jelentős méretű akkumulátorukról könnyen felismerhetők az elektromos kerékpárok. ■ Az akkumulátor A pedelec-szett egyik legdrágább darabja. Ára 30 000 Ft-tól 250 000 Ft-ig is terjedhet kapacitástól, gyártótól és típustól függően. Az árat leginkább befolyásoló tényező az akku típusa. Jelenleg négyféle van forgalomban, bár a Li-Ion lassan kiszorítja a vetélytársait, nem csak az előnyei miatt, hanem erre állt rá a legtöbb gyártó, így az ára folyamatosan csökken, miközben az élettartama és kapacitása nő. ■ Ólom (Pb) A legrégebbi, legolcsóbb és legnehezebb akkumulátor. „Mindössze” 200 éves technológiáról van szó, de azt nem mondhatom, hogy eljárt fölötte az idő, hiszen autók százezreibe és olcsó kínai kerékpárok millióiba építik be még mindig őket. Előnye, hogy olcsó, önmagától, vagy inkább belső kémiai reakciójától lassan merül le, könnyen tölthető, és aránylag fejlett újrahasznosító ipar áll mögötte. Hátrányuk, hogy nehezek, nagyon környezetszennyező nehézfémet (ólmot) tartalmaznak, és csak lassan tölthetők. Az élettartamuk is mindössze 1-1,5 év. Itt érthetjük meg azt, hogy az olcsó nagyáruházi elektromos bringák miért lesznek 4-5 év alatt többe, mintha egy minőségit venne az ember. ■ Nikkel-kadmium (NiCd) Ez a technika is már 100 éves, így a mai modern e-bike-okban és pedelec-es gépekben már nem lehet velük találkozni, ellenben az olcsó távol-keleti típusokban még használják őket. Az akkus szerszámgépekben már 2006 óta tilos a használatuk, mivel a kadmium is egy erősen mérgező nehézfém. Előnyük, hogy az újrahasznosításuk gördülékeny, és nagyon hosszú az élettartamuk. Hátrányuk, hogy mérgező anyagot tartalmaznak, és akár 3-4 hét alatt önmaguktól is lemerülnek. ■ Nikkel-metallhydrid (NiMh) Aránylag új, 2002-es fejlesztés, azonban ma már kiszorulóban van a piacról, bár még nagyon sok komoly bringába is ezt szerelik. Előnye, hogy környezetbarát anyagokból készül, melyeket könnyedén tudnak újrahasznosítani is, és mindezek mellett aránylag olcsó. Hátránya azonban, hogy alacsony (1-2 év) az élettartama, nem túl jó töltésleadási és felvételi karakterisztikával bír, valamint 3-4 hét alatt a belső kémiai reakciója miatt lemerül, akár használat nélkül is.
■ Lítium-ion (Li-Ion) A jelen és a jövő, ám sokszor még gyerekcipőben. A nagy akkumulátorgyártók nemrég kezdtek a bringás akksik fejlesztésébe (Panasonic, Yamaha, Bosch, Ansmann) igazán nagy pénzeket fektetni. Előnyük van bőven, hiszen a legkönnyebbek, önmaguktól alig merülnek, tartós használat esetén a legköltséghatékonyabbak, környezetbarátok, nagy az 7. ábra: A kormányon elhelyezett kijelzőről számos fontos információ élettartamuk, nagyon jó karakterisztikával leolvasható. rendelkeznek, és nagyon gyorsan tölthetők. Persze, ha nem lennének hátrányai, akkor nem is lenne igaz. Nagyon érzékenyek a celláik, így komoly vezérlő, felügyelő és töltő elektronikát igényelnek. Cellazárlat vagy hibás működésből adódó gázképződés esetén akár robbanás vagy tűz is előfordulhat. Elég nagy a zűrzavar az elnevezések területén. A Li-ion gyűjtőszó alatt három különböző típust találunk. A LiMn, az NCM avagy LiCo és a LiFePo4 avagy Li-phosfate. Mindháromnak van előnye és hátránya. A lítium-mangán akkuk a legelterjedtebbek a gyári pedelec kerékpárokban. Nagyon stabilak, és biztonságosak, de rosszabb Wh/kg aránnyal rendelkeznek, mint a lítium-kobalt telepek. Ezek kisebb méretűek és súlyúak, mint a LiMn, de sokkal veszélyesebbek a kobalt reakcióképessége miatt, ezért sokkal több biztonsági elemet kell beleépíteni. Végül az otthon építgetők és kísérletezők kedvelt típusa a lítium-foszfát. Előnye, hogy több mint 1000 töltés az életciklusa (míg az előzőknek általában 500 körül van), ezenkívül olcsó és könnyű, azonban a legrosszabb Wh/kg aránnyal rendelkezik, a hideget egyáltalán nem bírja, és csak drága processzoros töltőállomás segítségével tölthető (6. ábra). Sokan nem fordítanak túl nagy figyelmet a kábelre. Pedig minden pedelec rendszer annyira jó csak, mint a leggyengébb láncszeme. Gyári kerékpárokon és profi szetteken nem szokott gond lenni az összekötő elemekkel. Aki alsó árkategóriában gondolkozik, főleg ha távol-keletről rendel, annak kiemelt figyelmet kell fordítania ezekre az elemekre, ugyanis a legtöbben itt spórolnak. Sima hárompólusú számítógép-tápkábel, melyet nem lehet fixre zárni, vékony keresztmetszetű vezetékek, és könnyen öregedő, törésre hajlamos alapanyag. Magam is láttam már Ausztriában vásárolt, egyébként megbízható elemekből épített, természetesen kínai származású szettet, aminek a kábelei átégtek egy komolyabb emelkedő alkalmával. A villamossági szabványok meghatározzák azt a vezeték-keresztmetszetet, ami szükséges egy adott áramerősség biztonságos és folyamatos 8. ábra: Akkumulátor-töltő. átáramlásához. Ebben az esetben alul volt méretezve a kábel, és bár átlagos használat esetén nem volt gond vele (illetve biztosan melegedett, de ki ellenőrzi ezt menet közben), de a több kilométeres emelkedőn már elégtelennek bizonyult. A töltőkre is nagyon figyelni kell. Nem csak, hogy különböző feszültségen működő akkumulátorok vannak (22, 24, 36, 37, 48 V stb.), és a töltők is ehhez igazodnak, hanem a csatlakozókkal is vigyázni kell. Attól, hogy egy töltő végén 3 vagy 4 pólusú a csatlakozó, és az akkun is ilyen, még nem szabad, sőt tilos másik gyártó eszközét használni! Ez otthon nem okozhat túl nagy gondot, hiszen manapság nincsen otthon 3-4-féle elektromos kerékpár, de egy pedelec-túrán vagy
bringaboltban már nagyon vigyázni kell, nehogy keveredjenek az adapterek. Szerencsére a gyártók is felismerték ezt a problémát, és kifejlesztettek egy intelligens töltőrendszert, ami bármelyik pedelec bringát tölteni tudja. Ez az EBS (Energy Bus Standard). Természetesen ehhez a tölteni kívánt akkun is ilyen csatlakozónak kell lenni (8. ábra). Reméljük, ezzel az érdekes kitekintéssel sikerült kicsit bemutatni az elektromos és azon belül is a pedelec kerékpárokat.
