Электровелосипе́д (e-bike, пауэрба́йк, пе́делек) представляет собой велосипед с электрическим приводом, который частично или полностью обеспечивает его движение. Его называют также велогибридом, хотя гибридный велосипед — это велосипед, сочетающий в своей конструкции как атрибуты горного, так и шоссейного велосипедов.
В общем случае электровелосипед отличает от обычного наличие трёх дополнительных компонентов: электродвигателя, аккумуляторной батареи и контроллера. В отличие от электроскутера или же мотоцикла, электровелосипед может приводиться в движение педалями, а его эксплуатация и обслуживание немногим сложней обращения с обычным велосипедом.
Несмотря на наличие электропривода, электровелосипед используется примерно так же, как и обычный велосипед, и в большинстве стран не требует для вождения наличия водительского удостоверения или номерного знака. Электровелосипед хорошо подходит как средство передвижения для широкого круга любителей с самым разным уровнем подготовки, поскольку легко позволяет дозировать физическую нагрузку. В России (и странах СНГ) электрические велосипеды правильно было бы назвать мопедами («МО»-Мотор + «ПЕД»-педали).
В России в соответствии с ПДД (редакция 2015 г.) электровелосипед с двигателем мощностью, не превышающей 250 Вт и скоростью до 25 км/ч, считается велосипедом, от 250 Вт до 4 кВт со скоростью до 50 км/ч мопедом; больше 4 кВт — мотоцикл; при управлении мотоциклом требуются водительское удостоверение и госномера; при управлении мопедом требуется наличие водительского удостоверения категории M или любой другой открытой категории прав (например, A или B); при управлении велосипедом водительского удостоверения не требуется.
История Идея оснащения велосипеда двигателем возникла немногим позже появления самого велосипеда. В 1888 году Джон Данлоп изобрёл пневматические шины, что значительно повысило комфорт и безопасность езды, сделав велосипед одним из самых популярных средств передвижения. Дальнейшее развитие идеи связано с прогрессом в области электротехники. С 1890 сразу несколькими патентами была защищена конструкция электрического привода, устанавливаемого на велосипеде. Так, патент США (1895) описывает устройство велосипеда, оснащённого электродвигателем постоянного тока. В 1899 году Джон Шнепф разработал модель привода заднего колеса.
В Германии с 1920-х и Японии с 1970-х различные производители выпускали электровелосипеды и электровеломоторы, а в СССР электровелосипеды не выпускали.
В 1979 году в Японии начали массово производить электровелосипеды, которые быстро приобрели там популярность, в Японии появились заправки для электровелосипедов.
В 1992 году компания Zike начала массовый выпуск электровелосипедов. C этого момента их выпуск постоянно увеличивается.
На рынке США наивысший рост продаж пришёлся на 2002—2003 годы; общий объём продолжает расти.
В Китае первые промышленные образцы электровелосипедов местного производства появились в 1998 году и в 2007 году их ежегодный выпуск достиг 17 млн штук, а к 2010 году, согласно оценкам, должно было вырасти до 22 млн. Китай — крупнейший в мире и производитель и потребитель электровелосипедов.
Мировое производство в 2007 году оценивалось в 18 млн штук и к 2010 году ожидался прирост до 30 млн штук в годE-bike to Become Star Electronic Product 2007 year.
Достоинства и недостатки
Принципиальные преимущества
Велосипед с электромотором позволяет преодолевать крутые или пологие, но протяжённые подъёмы и значительные расстояния физически неподготовленным людям. Наиболее совершенные из существующих аккумуляторов для электровелосипедов имеют срок службы более 5 лет и обеспечивают запас хода более 100 км на одной зарядке. Заряд аккумуляторов осуществляется от бытовой электросети Когда батарея разрядится, можно использовать педальный привод. При сопоставимой скорости в городских условиях энергетические и экономические затраты на перемещение одного человека оказываются на порядок меньше, чем у любого другого вида транспорта, включая общественный. В сравнении с легковыми автомобилями эксплуатация, парковка и хранение электрических велосипедов требуют в десятки раз меньше расходов и пространства. Благодаря отсутствию испускаемого запаха, компактного размера и доступного для транспортировки веса электровелосипеда им могут пользоваться жители многоквартирных домов, храня у себя в квартире. Это один из немногих видов самодвижущегося транспорта, который можно хранить в квартире. По тем же причинам электровелосипеды разрешено перевозить в общественном транспорте по тем же правилам, что и обычные велосипеды. Электровелосипеды имеют высокую надёжность по сравнению с транспортными средствами на основе ДВС благодаря минимальному количеству компонентов и электронной составляющей, которая выполняет основную работу. Фактически износу подвержены только аккумуляторные элементы, подшипники, редуктор (при наличии), тормозные колодки и резина на колёсах. В продаже имеются комплекты, позволяющие создать электровелосипед из обычного велосипеда. Таким образом, нет необходимости покупать готовый электровелосипед, достигается экономия денег и места. Комплекты могут быть разной конфигурации: вид мотора (мотор-колесо, на каретку, подвесной), аккумулятор необходимой ёмкости, тип корпуса аккумулятора (с креплением на раму, к подседельному штырю, на багажник), тормозные ручки, регулятор газа (курок или мотоциклетная ручка, с индикацией заряда или без), дисплей (ЖК, светодиодный, без дисплея), PAS и т. п. Широкий выбор компонентов для электровелосипеда позволяет собрать велосипед под свои нужды. Низкий уровень шума. Существуют решения, когда электромотор велосипеда питается непосредственно от солнечной батареи. 250вт, необходимых для питания электромотора, можно получить от батареи площадью 1.5 кв.м., смонтированной на заднем багажнике, что ненамного увеличивает габариты велосипеда.
Несовершенства существующих конструкций Педалирование и управление электровелосипедом с ёмкой батареей осложняется большой массой (от 30 кг и более), соответствующей инерцией и неудобствами с транспортировкой. Длительное время зарядки обычных батарей (не менее 4-6 часов). Недостаточная проходимость и надёжность на дорогах без покрытия для электровелосипедов с редукторным мотор-колесом: пластиковые шестерни мотор-колеса в условиях повышенных вибраций быстро изнашиваются. Высокая стоимость изделия и его эксплуатации по сравнению с обычным велосипедом (в 2 и более раза).
Дискуссионные вопросы Уменьшение загрязнения атмосферы в случае массового отказа от автомобилей с ДВС в пользу электровелосипедов. Уменьшение потребления электроэнергии в случае массового отказа от электромобилей в пользу электровелосипедов. Утилизация отработанных аккумуляторов. С одной стороны, утверждается, что использование электропривода для движения обесценивает идею велосипеда как спортивного средства, служащего для поддержания пользователя в хорошей физической форме. С другой стороны, электропривод позволяет более гибко дозировать нагрузки, за счет использования электропривода только в определённые моменты времени (либо - не на полную мощность). Кроме того, нагрузки могут быть такими же, но при этом скорость передвижения выше за счет электропривода.
Разновидности Электровелосипеды можно разделить на четыре основные группы по тому критерию, нужно ли велосипедисту прикладывать усилия для его движения: Электровелосипед приводится в движение педалями, а электромотор создаёт дополнительную тягу, помогая велосипедисту. Для обозначения электровелосипеда этого типа зачастую используется термин педелек. Электровелосипед может передвигаться только за счёт электромотора, без приложения велосипедистом усилий к педалям, но сохраняется возможность комфортной езды на педалях; Электровелосипед может двигаться как с помощью педалей, так и с помощью электродвигателя, также есть режим, когда электродвигатель создаёт дополнительную электротягу. Движение без помощи мотора, только на педалях, на практике затруднительно, ввиду высокой массы и тормозящего эффекта от мотор-колеса, а педали используются сугубо в качестве резервной системы, на случай поломки двигателя или разряда аккумулятора. Данный тип электровелосипедов де-факто является электрическим мотоциклом с возможностью педального хода. Системы помощи при педалировании
Система PAS (Pedaling Assisted System - система помощи при педалировании); система TorqueSensor (Датчик крутящего момента).
Компоненты По типу изготовления электровелосипеды можно разделить на: Собранные в заводских условиях. Для заводских электровелосипедов характерны специальные рамы, разработанные для крепления батарей (существуют даже модели, в которых батареи спрятаны внутри трубчатой конструкции рамы), а также специальные конструкции колёс и в целом специфический дизайн. Например, А2В. Любительские (самостоятельно собранные) электровелосипеды — в своей основе обычные городские велосипеды с установленными на них компонентами, доступными на рынке. В настоящее время в продаже есть самые разнообразные готовые комплекты (двигатель, контроллер, батареи, зарядное устройство), которые позволяют практически любому человеку с небольшой технической подготовкой собрать такое средство передвижения.
Специфика и характеристики электрических компонентов во многом объединяют электровелосипед и электромобиль.
Электропривод На сегодняшний момент существуют 2 основные разновидности электровелосипедов: с мотор-колесом и кареточным мотором.
Мотор-колесо
Самый распространённый вариант велосипедного электропривода на основе бесколлекторного электродвигателя постоянного тока. Двигатель вмонтирован в колесо вместо втулки. Устанавливается как на переднее, так и на заднее колесо. Использование мотор-колеса позволяет с минимальными затратами переоборудовать практически любой распространённый городской велосипед под электропривод, причём его дизайн почти не нарушается. Мотор-колесом может быть любое из колёс или оба одновременно. Часто мотор-колесо продаётся в уже собранном (заспицованном) виде. Диапазон мощности у серийно выпускаемых мотор-колёс, приводящих в движение электровелосипеды, как правило, колеблется в пределах от 200 до 5000 Ватт.
Мотор-колёса бывают двух видов: редукторные и безредукторные. В корпусе редукторного мотор-колеса находится двигатель с высокой частотой вращения и низким крутящим моментом, который более компактен, дёшев и технологичен благодаря невысокой магнитной индукции статора, планетарный редуктор и обгонная муфта. Безредукторное мотор-колесо (прямого привода) — это низкооборотистый двигатель с большим моментом, вращение которого передаётся колесу напрямую, что упрощает конструкцию и увеличивает надёжность. Однако для получения двигателя с нужными характеристиками частоты и момента вращения необходимо очень сильное магнитное поле в его статоре, поэтому безредукторные мотор-колёса имеют большие размеры и вес двигателя из-за массивных редкоземельных постоянных магнитов в статоре.
Обгонная муфта редукторных мотор-колёс, с одной стороны, облегчает движение силой велосипедиста или накатом — в моменты, когда внешнее воздействие вращает колесо быстрее, чем это делает двигатель, вся моторная ступица ведёт себя как простой подшипник. Но с другой — этот же эффект делает невозможной рекуперацию кинетической энергии электровелосипеда. У безредукторного мотор-колеса, обгонной муфтой не оборудованного, частота вращения двигателя всегда равна частоте вращения колеса. С одной стороны, это позволяет использовать рекуперативное торможение, но с другой — даже если полностью отключить обмотки мотора от электрической цепи, в нём возникают заметные потери на вихревые токи, ухудшающие накат и затрудняющие езду на педалях (примерно как при езде против лёгкого ветра).