Ci sono alcuni componenti critici (batteria, motore, controller, display) che compongono una bicicletta elettrica.Questo articolo ha lo scopo di spiegare il ruolo di ciascun componente a coloro che stanno appena iniziando a conoscere le ebike.
Il pacco batteria
Le batterie per biciclette elettriche sono il motore della crescente popolarità delle e-bike, offrendo ai ciclisti una modalità di trasporto sostenibile ed efficiente.Queste batterie si sono evolute in modo significativo rispetto agli albori delle opzioni pesanti e meno efficienti come il piombo acido, il nichel-cadmio o le NiMH.Oggi il mercato è dominato dalle batterie agli ioni di litio, che sono diventate sinonimo dei moderni sistemi di e-bike grazie alla loro leggerezza, elevata potenza e affidabilità.
L'evoluzione delle batterie per bici elettriche
Il viaggio dalle batterie ingombranti e pesanti del passato alle eleganti ed efficienti unità agli ioni di litio di oggi è una testimonianza dei progressi nella tecnologia delle batterie.Le batterie agli ioni di litio hanno rivoluzionato il settore delle biciclette elettriche fornendo una fonte di energia più potente e più duratura, fino a 10 volte più leggera delle loro controparti al piombo.Questo salto tecnologico non solo ha reso le e-bike più facili da usare, ma ne ha anche esteso l’autonomia e la durata, con batterie al litio di alto livello che offrono oltre 5-6 anni di uso regolare se mantenute correttamente.
Scegliere la batteria giusta per la tua bicicletta elettrica
Quando scegli una batteria per la tua e-bike, è fondamentale considerare fattori quali voltaggio, requisiti di alimentazione e autonomia.Le batterie a voltaggio più elevato possono fornire maggiore potenza e velocità, migliorando l'esperienza di guida.Tuttavia, è importante garantire che il controller della tua e-bike possa gestire la tensione per un funzionamento efficiente.L'autonomia è un altro aspetto critico, tipicamente misurata in wattora (Wh).Per calcolare l'autonomia, moltiplica gli ampere della batteria per il suo voltaggio.Ad esempio, una batteria da 48 V 15 Ah avrebbe 720 Wh di energia, pari a circa 36 miglia in condizioni ideali.
La configurazione delle celle all'interno della batteria di una bicicletta elettrica, disposte in circuiti in serie e parallelo, determina la tensione e la capacità complessive, misurate in ampere-ora (Ah), del pacco batteria.Comunemente, le batterie delle e-bike sono impostate per fornire 36 o 48 volt, anche se è possibile incontrare batterie con tensioni fino a 24 V o fino a 72 V.I sistemi con tensioni inferiori tendono a richiedere una corrente più elevata, il che richiede l'uso di cavi più spessi e connettori più robusti per gestire il carico maggiore.Al contrario, i sistemi con tensioni più elevate possono comportare il rischio di scosse elettriche se non gestiti correttamente.L'intervallo di tensione di 36-52 V è spesso considerato ideale, bilanciando la sicurezza dalle scosse elettriche con il vantaggio di utilizzare cavi e connettori di calibro più leggero, motivo per cui è una scelta prevalente per le e-bike.
La capacità di una batteria, che indica la quantità di carica che può contenere, viene misurata in ampere-ora (Ah) o watt-ora (Wh).I wattora vengono calcolati moltiplicando gli ampere-ora per la tensione, fornendo un quadro chiaro del contenuto energetico totale della batteria e quindi della sua autonomia potenziale.Le batterie delle bici elettriche offrono in genere tra 300 e 800 wattora di energia.
Il motore
Le biciclette elettriche utilizzano un motore per convertire l'energia elettrica immagazzinata nella batteria in energia meccanica, spingendo la bici in avanti.Questo motore può essere posizionato in varie posizioni sulla bicicletta, essendo il motore nel mozzo un tipo comune.Situato all'interno del mozzo della ruota anteriore o posteriore, il motore del mozzo consente una facile conversione da una bicicletta tradizionale semplicemente sostituendo la ruota con una con mozzo motorizzato.La maggior parte dei motori per e-bike oggi sono motori Brushless DC (BLDC) con magneti permanenti, dotati di cavi trifase per l'alimentazione e spesso cinque cavi del sensore Hall per aiutare il sistema di controllo a misurare la posizione del motore per un funzionamento regolare a basse velocità.
I motori con mozzo sono di due tipi principali: a ingranaggi e a trasmissione diretta.Possono essere piccoli e di modesta resa oppure grandi e potenti, a seconda della destinazione d'uso.Ad esempio, le attività pesanti come il trasporto di merci o la salita su colline ripide richiedono motori più grandi, mentre l’assistenza leggera su terreni prevalentemente pianeggianti può essere gestita con motori più piccoli e compatti.
Quando una e-bike viene utilizzata a una velocità superiore al numero di giri massimo del motore, come determinato dalla combinazione di voltaggio del motore e della batteria, la risposta del motore varierà in base al tipo.Un motoriduttore con ruota libera smetterà di fornire potenza, mentre un motore ad azionamento diretto può attivare la frenata rigenerativa, resistendo a ulteriori accelerazioni e potenzialmente ricaricando la batteria.
La differenza tra motori nel mozzo e motori montati centralmente nelle biciclette elettriche a pedalata assistita
La differenza tra i motori nel mozzo e i motori a trazione centrale nelle biciclette elettriche risiede nel loro posizionamento e nelle caratteristiche prestazionali.I motori del mozzo sono integrati nel mozzo della ruota, il che significa che azionano direttamente la ruota.Sono semplici, relativamente economici e silenziosi, con un azionamento diretto che ha meno parti mobili, il che li rende durevoli e richiedono meno manutenzione.I motori con mozzo sono adatti per terreni pianeggianti e spostamenti regolari.
I motori a trazione centrale, invece, sono montati sulla pedivella e nella zona dei pedali della bici.Guidano la catena della bicicletta e sfruttano gli ingranaggi esistenti della bicicletta, il che significa che possono essere più efficienti su una gamma più ampia di terreni, comprese le colline ripide.I sistemi a trazione centrale offrono una migliore distribuzione del peso e un baricentro più basso, che migliora la manovrabilità della bici.Sono generalmente più costosi dei motori con mozzo e possono richiedere una maggiore manutenzione a causa della sollecitazione aggiuntiva sulla catena e sugli ingranaggi della bicicletta.
Entrambi i tipi di motore offrono vantaggi distinti e la scelta tra loro dipende dalle esigenze specifiche del ciclista e dal tipo di terreno che dovrà percorrere.
Controllore
Il controller del motore è un componente cruciale ma spesso trascurato nella configurazione hardware di una bicicletta elettrica.È impossibile collegare direttamente un motore brushless a un pacco batteria senza questo dispositivo.Il controllore motore svolge due ruoli essenziali:
1) Trasforma la tensione continua del pacco batterie in corrente alternata trifase, necessaria agli avvolgimenti del motore per consentire la rotazione del motore.
2) Regola dinamicamente la tensione fornita al motore, che può variare da 0V alla piena tensione del pacco batterie.Questa regolazione è in risposta agli input provenienti dall'acceleratore dell'utente, dai sensori del pedale e dai limiti di corrente preimpostati.
Quest'ultima funzione è particolarmente importante da comprendere.Il controller del motore può modulare la tensione che raggiunge il motore a qualsiasi livello compreso tra zero e il massimo fornito dalla batteria.Ad esempio, con una batteria da 48 V, il motore potrebbe ricevere solo 10-12 V a basse velocità, circa 25 V a velocità medie e tutti i 48 V quando ci si avvicina alla velocità di crociera massima della bici.Guidare al 50% dell'acceleratore con una batteria da 48 V significa che il motore rileva 24 V, funzionando come con una batteria da 24 V a tutto gas.
Questa variazione di tensione, controllata dal controller del motore, consente la regolazione fine della potenza del motore durante la corsa, che è fondamentale per la gestione di un veicolo elettrico.Il controller funziona essenzialmente come un convertitore buck DC-DC, riducendo la tensione al motore e aumentando proporzionalmente la corrente.Ad esempio, 48 V e 10 A potrebbero fluire dalla batteria al controller, che quindi converte e fornisce 24 V e 20 A al motore.
I controllori motore sono progettati con intervalli di tensione e limiti di corrente specifici.Il limite di corrente è l'amperaggio massimo che il controller assorbirà dalla batteria.Un controller motore più piccolo e a bassa corrente può avere una potenza nominale di 14 A, il che significa che non assorbirà più di 14 A dalla batteria.Se il motore tenta di assorbire più corrente, il controller riduce automaticamente la tensione al motore per mantenere l'assorbimento di corrente al limite impostato.L'utilizzo di un controller a basso amperaggio con un motore con mozzo di grandi dimensioni comporterà una minore potenza erogata dal motore rispetto a quella di cui è capace.Al contrario, l'abbinamento di un controller ad alto amperaggio con un motore piccolo potrebbe causare surriscaldamento, danni o usura dei componenti interni del motore.
Schermo
I moderni kit per bici elettriche e le e-bike complete sono generalmente dotati di un sofisticato display computer, che offre ai ciclisti una visualizzazione sul cruscotto dello stato della bici.Si tratta di un aggiornamento significativo rispetto ai primi modelli di e-bike, che presentavano solo un indicatore di batteria a LED di base.Tuttavia, a differenza dei display standardizzati per computer o TV, questi display per e-bike mancano di uniformità in diversi aspetti come funzionalità, bus di comunicazione (come I2C, Canbus, LIN, UART, ecc.) e protocolli.Questi display sono solitamente abbinati a un controller motore specifico e sviluppati per una serie specifica di funzionalità del kit, raramente è possibile passare a una marca diversa di controller motore e farlo funzionare con il display o viceversa, è possibile trovare un display alternativo per il tuo controller specifico.
