电动自行车

电动自行车(Electric bicycle),也称电动单车或助力自行车,是一种带有集成电动机的自行车,可用于推进。 世界各地都有各种各样的电动自行车,从电动自行车只有一个小电机来辅助骑车者的踏板动力(即智能电动车)到更强大的电动自行车,这些电动自行车更接近轻便摩托车式的功能:所有,但是,保留骑车者踩踏的能力,因此不是电动摩托车。

电动自行车使用可充电电池,较轻的电池可以行驶25至32公里/小时(16至20英里/小时),具体取决于当地法律,而更高功率的品种通常可以超过45公里/小时( 28英里每小时)。 在一些市场,例如2013年的德国,它们越来越受欢迎并从传统自行车中占据一定的市场份额,而在其他市场,例如中国,截至2010年,它们正在取代化石燃料动力轻便摩托车和小型摩托车。

根据当地法律,许多电动自行车(例如,智能电动车)在法律上被归类为自行车而不是轻便摩托车或摩托车。 这使他们免于更严格的法律,这些法律涉及通常被归类为电动摩托车的更强大的两轮车的认证和操作。 电动自行车也可以单独定义,并根据不同的电动自行车法进行处理。

电动自行车是电动自行车的电动自行车版本,自19世纪末以来一直在使用。 一些自行车共享系统使用它们。

手术
VAE是一辆提供电动辅助的自行车。 这种援助旨在为踩踏板提供补充。 它由电机,电池,控制器和传感器组成。

传感器检测踏板的存在,其节奏,施加在踏板上的力,可能的加速器的位置和制动。

控制器根据制造商选择的用户配置文件包含符合自行车行为的参数。 它调节电流消耗并在各个操作阶段控制电机:启动,连续速度,加速等,由传感器传输的信息。

根据型号,用户可以通过选择器或“加速器”在驾驶时切割或加入辅助水平。

在某些轮毂电机自行车上,电池会自动通过制动和下坡充电。 发动机制动有助于制动。

引擎
轮毂电机:易于安装,适合代替前轮轴或后轮轴。
远程马达:传动通过皮带或链条作用于放置在车轮轴上的传动板上完成。 电机的位置是免费的。
踏板马达:它直接作用在自行车踏板的轴上。 它由一个包含电力牵引的所有组件的块组成:发动机,传感器和控制电子设备。 它只能安装在特定的框架上。
摩擦电机:前轮胎或后轮胎胎面上的滚子摩擦电机。 它被用在Solex轻便摩托车上。

电池
对于VAE,主要使用锂电池; 其他技术,铅或镍,已逐渐被欧洲市场上的VAE淘汰。

目前长期存在问题的电池重量得益于与锂离子和锂聚合物相关的显着改进。 因此,铅电池重约13千克,而锂电池的重量约为3千克,等效电压和容量。

根据电池和充电器的技术,电池的完全充电需要3到8个小时。 使用适当的充电器和电池可以快速补充。 这些类型的蓄电池不支持深度放电,因此建议尽可能经常充电,或者甚至在不使用期间保持充电,现代充电器对这些情况进行了特别好的研究。

在名称“Lithium”下存在几种具有显着不同特征的技术。 2015年,LiE-Ion,锂聚合物(LIPO)和LiFePO4电池主要用于VAE。 前两种技术可以获得非常轻但对冷和重负载/放电敏感的电池。 LiFePO4被认为更安全(火灾),它接受更高的充电电流(更低的充电时间),最重要的是它具有更长的寿命(一千个循环和更多)。

与电动汽车一样,电池仍然是电动自行车的弱点之一。 即使在其理论生活之外,也很容易不能正确地管理这个元素,并且更换价格非常重要,锂电池需要几百欧元。

电动自行车的电池对温差很敏感:制造商给出了理想的温度范围,以便获得最佳的自主性。

电池对冲击敏感:化学物质包含在易碎的信封中,可以刺穿甚至点燃。


电动自行车根据其电动机可以提供的功率和控制系统进行分类,即,何时以及如何应用来自电动机的动力。 此外,电动自行车的分类很复杂,因为很多定义是由于构成自行车的构成的法律原因以及构成轻便摩托车或摩托车的原因。 因此,这些电动自行车的分类在不同国家和地方管辖区之间差异很大。

尽管存在这些法律上的复杂性,但电动自行车的分类主要取决于电动自行车的电机是否使用踏板辅助系统或按需电源辅助骑车者。 这些的定义如下:

通过踏板辅助,电动马达通过踩踏调节。 踏板辅助增强了骑车者在踩踏板时的努力。 这些电动自行车 – 称为智能电动车 – 有一个传感器来检测踩踏速度,踩踏力,或两者兼而有之。 检测到制动器激活以禁用电动机。
通过电源按需,电机通过油门启动,通常是车把安装,就像大多数摩托车或小型摩托车一样。

因此,非常广泛地说,电动自行车可归类为:

仅限踏板辅助的电动自行车:智能电动车(法律归类为自行车)或S-Pedelecs(通常合法归类为轻便摩托车)
Pedelecs:只有踏板辅助,电机只能达到体面但不超速(通常为25 km / h),电机功率高达250瓦,通常合法地归类为自行车
S-Pedelecs:只有踏板辅助,电机功率可以大于250瓦,在电机停止辅助之前可以达到更高的速度(例如,45公里/小时),合法地归类为轻便摩托车或摩托车(不是自行车)
电动自行车具有按需供电和踏板辅助功能
仅限电源按需的电动自行车:通常拥有比电动自行车更强大的电机,但并非总是如此,其中更强大的电动机在法律上被归类为轻便摩托车或摩托车

仅限踏板辅助
仅具有踏板辅助功能的电动自行车通常被称为智能电动车,但可大致分为正确的智能电动车和更强大的S-Pedelecs。

智能电动车
术语“pedelec”(来自踏板电动循环)是指具有相对低功率的电动机并具有相当但不过高的最高速度的踏板辅助电动自行车。 Pedelecs在法律上被归类为自行车而不是低功率摩托车或轻便摩托车。

最有影响力的智能电动车定义并非来自欧盟。 欧盟指令(EN15194标准)适用于汽车,如果符合以下情况,则将自行车视为电动车:

踏板辅助,即仅在骑车者踩踏时接合的机动辅助,一旦达到25 km / h就会切断,并且
当电动机产生的最大连续额定功率不超过250瓦时(电动机可以在短时间内产生更多动力,例如当骑车者挣扎着爬上陡峭的山坡时)。

符合这些条件的电动自行车被认为是欧盟的电动自行车,在法律上被归类为自行车。 EN15194标准在整个欧盟范围内有效,并且已被一些非欧盟欧洲国家以及一些非欧洲司法管辖区(例如澳大利亚维多利亚州)采用。

智能电动车很像传统的自行车在使用和功能 – 电动马达只提供帮助,例如,当骑车者攀爬或逆风逆风时。 因此,智能电动车对于丘陵地区的人们尤其有用,因为骑自行车对于许多人来说是非常费力的,因为他们认为将自行车作为日常交通工具。 它们对于通常需要一些帮助的骑手也很有用,例如对于有心脏,腿部肌肉或膝关节问题的人。

S-智能电动车
更为强大的智能电动车在法国被称为S-Pedelecs(Schnell-Pedelecs的缩写,即Speedy-Pedelecs)。 它们的电机功率超过250瓦,限制较少,或无限制,踏板辅助,即一旦达到25公里/小时,电机就不会停止协助骑车者。 因此,S-Pedelec级电动自行车通常被归类为轻便摩托车或摩托车而不是自行车,因此可能(取决于司法管辖区)需要注册和投保,骑车者可能需要某种驾驶执照(汽车或摩托车)可能必须佩戴摩托车头盔。 在美国,许多州已将S-Pedelecs纳入第3类。 3级电动车限制在<= 750瓦的功率和28英里/小时。 电源按需和踏板辅助 一些电动自行车结合了踏板辅助传感器和油门。 其中一个例子是BMEBIKES的eZee Torq和Adventure 24+。 通过推动油门或踩踏板激活此类电动自行车上的电机。 仅限按需供电 一些电动自行车有一个电动机,只能按需电源运行。 在这种情况下,电动机使用节流阀手动接合和操作,节流阀通常在手柄上,就像摩托车或小型摩托车上的节流阀一样。 这些类型的电动自行车通常(但并非总是)具有比电动自行车更强大的电动机。 通过电源按需只有电动自行车,骑车者可以: 仅靠踏板动力,即完全由人力驱动。 通过手动操作油门单独乘坐电动机。 同时骑在一起。 一些仅按需动力的电动自行车很难与自行车混淆,更不用说归类为自行车了。 例如,Noped是安大略省交通运输部用于电动自行车的术语,该电动自行车没有踏板或踏板已经从电动自行车上拆下。 这些更好地分类为电动轻便摩托车或电动摩托车。 声望 自1998年以来,全球电动自行车的使用经历了快速增长。2016年全球每天使用的电动自行车达2.1亿辆。 据估计,2010年初中国的电动自行车约有1.2亿辆,印度,美国,德国,荷兰和瑞士的销量也在快速增长。 2010年,欧洲共售出70万辆电动自行车,高于2007年的20万辆和2009年的50万辆。 如今,中国是世界领先的电动自行车生产国。 根据政府特许行业组织中国自行车协会的数据,2004年中国制造商在全国销售了750万辆电动自行车,几乎是2003年销量的两倍; 2005年国内销售额达到1000万,2006年达到1600万到1800万。 技术 电机和动力传动系统 电动自行车中使用的两种最常见的轮毂电机是刷式和无刷式。 有许多配置,成本和复杂程度各不相同; 使用直接驱动和齿轮传动装置。 几乎任何踏板循环都可以使用链传动,皮带传动,轮毂电动机或摩擦传动来增加电动助力系统。 BLDC轮毂电机是一种常见的现代设计。 电动机内置于轮毂本身,定子牢固地固定在轴上,磁铁附着在车轮上并与车轮一起旋转。 自行车轮毂是电动机。 所用电机的功率水平受可用法律类别的影响,通常但不限于750瓦以下。 另一种类型的电动辅助电动机,通常被称为中间驱动系统,越来越受欢迎。 使用该系统,电动机不是内置在车轮中,而是通常安装在底部支架壳体附近(通常在其下方)。 在更典型的配置中,电动机上的齿轮或轮驱动皮带或链条,皮带或链条与固定到自行车的曲柄组的一个臂上的皮带轮或链轮啮合。 因此,推进器在踏板而不是在车轮处提供,最终通过自行车的标准传动系统施加到车轮上。 由于动力通过链条和链轮施加,因此功率通常限制在250-500瓦左右,以防止动力传动系统的快速磨损。 电动中间驱动器与后轮毂处的内部齿轮毂相结合可能需要小心,因为缺少离合器机构以在重新接合时软化对齿轮的冲击。 无级变速器或全自动内齿轮毂可以减少由于用于液体联接的油的粘度而不是传统内齿轮毂的机械联接器引起的冲击。 电池 电动自行车使用可充电电池,电动机和某种形式的控制。 使用的电池系统包括密封铅酸(SLA),镍镉(NiCad),镍金属氢化物(NiMH)或锂离子聚合物(锂离子)。 电池根据电压,总充电容量(安培小时),重量,性能降低前的充电循环次数以及处理过压充电条件的能力而变化。 操作电动自行车的能源成本很小,但可能会有相当大的电池更换成本。 电池组的使用寿命根据使用类型而有所不同。 浅放电/再充电循环将有助于延长整体电池寿命。 范围是电动自行车的关键考虑因素,并且受到诸如电动机效率,电池容量,驱动电子设备的效率,空气动力学,山地和自行车和骑车者的重量等因素的影响。 一些制造商,例如Canadian BionX或American Vintage Electric Bikes,可以选择使用再生制动,电机充当发电机,在刹车片接合之前使自行车减速。 这对于延长刹车片和车轮轮辋的范围和寿命非常有用。 还有使用燃料电池的实验。 例如PHB。 还用超级电容器进行了一些实验,以补充或替换汽车和一些SUV的电池。 20世纪80年代后期在瑞士为Tour de Sol太阳能汽车竞赛开发的电动自行车配备了太阳能充电站,但后来这些电动自行车固定在屋顶上并连接起来以便输入电力干线。 然后,如今常见的那样,自行车从主电源充电。 虽然过去电子电池主要由大公司生产,但许多中小型公司已经开始使用创新的方法来制造更耐用的电池。 最先进的定制自动精密数控点焊机创造了18650电池组,是自助式电动自行车制造商常用的。 控制器 有两种不同类型的控制器设计用于匹配有刷电机或无刷电机。 随着控制器成本的不断降低,无刷电机正变得越来越普遍。 (请参阅直流电机页面,其中介绍了这两种类型之间的差异。) 无刷电机控制器:电动自行车需要较高的初始扭矩,因此使用无刷电机的型号通常采用霍尔传感器换向进行速度和角度测量。 电子控制器根据传感器输入,车辆速度和所需的力提供辅助。 控制器通常允许通过电位计或霍尔效应扭转手柄(或拇指操作杆节流阀),闭环速度控制进行精确调速,过压保护逻辑,过流和热保护。 具有踏板辅助功能的自行车通常在曲轴上具有盘,其具有与霍尔传感器耦合的磁体环,从而产生一系列脉冲,其频率与踩踏速度成比例。 控制器使用脉冲宽度调制来调节电机的功率。 有时为再生制动提供支持,但不经常制动,而低质量的自行车限制了回收的能量。 在200 W,24 V无刷直流(BLDC)电机的应用说明中描述了一种实现方式。 用于有刷电机的控制器:有刷电机也用于电动自行车,但由于其固有的低效率而变得不那么常见。 然而,有刷电机的控制器更加简单和便宜,因为它们不需要霍尔传感器反馈,并且通常设计为开环控制器。 一些控制器可以处理多个电压。 设计变化 并非所有的电动自行车都采用带有内置电机的传统自行车的形式,例如使用伪装成水瓶的小电池的Cytronex自行车。 有些设计用于低容量摩托车的外观,但尺寸较小,由电动马达而不是汽油发动机组成。 例如,Sakura电动自行车采用标准电动自行车上的200 W电机,还包括塑料包层,前后灯和速度表。 它被设计成现代轻便摩托车,经常被误认为是一辆。 将非电动自行车转换为电动自行车可能很复杂,但现在市场上有许多“更换车轮”的解决方案。 电动推车是一种电动自行车设计,它将电动机和电池组合到拖车中,可以推动任何自行车。 一个这样的拖车是两轮Ridekick。 其他更罕见的设计包括“直升机”式电动自行车,其设计更像是一种“有趣”或“新奇”的电动自行车,而不是一种有目的的移动辅助或运输方式。 电动自行车允许骑车者携带大而重的物品,如果没有电力补充人力输入则难以运输。 各种设计(包括上面提到的那些)被设计成适合大多数区域法则,并且包含踏板的设计可以在英国和其他国家的道路上使用。 折叠式电动自行车也可提供。 在大多数国家,电动自平衡单轮车不符合电动自行车法规,因此不能在路上使用,但可以在人行道上使用。 它们是最便宜的电动循环,用于最后一公里通勤者,用于城市用途,并与公共交通相结合,包括公共汽车。 三轮车 还生产了符合电动自行车法规的电动三轮车。 它们具有额外的低速稳定性,并且通常受到残疾人的青睐。 载有三轮车的货物也获得了认可,少数但越来越多的快递员在城市中心使用它们进行包裹运输。 这些三轮车的最新设计类似于踏板循环和小型货车之间的交叉。 用法 使用智能电动车具有几个优点(通常比传统自行车更高的平均速度,在某些情况下甚至高于汽车,取决于骑车者的状况)。 与其他机动运输相比,尤其是对于具有内燃机的车辆,如果使用电动自行车或电动自行车作为其替代品,则优点是较低的排放(低噪音排放)。 购置成本远高于传统自行车。 除了正常磨损的成本之外,还最终更换蓄能器。 与其他交通工具相比,电费每百公里几十美分。 有不同的使用领域,有不同的要求: 专业用途:邮政服务(邮政投递),警察(在交通限制区域),公司车队,开车上班(通勤者)。 旅游用途:火车站和旅游中心,度假胜地或水疗中心的出租站。 根据需要私人使用。 一般使用经验 根据发动机的性能,驾驶人员和登记,智能电动车可以达到25-45公里/小时的速度。 经过训练的平均驾驶员可以通过快速的智能手机来获得关于自行车运动员的表现,使用通常的电池(无需更换),但距离较远。 高速电动自行车的高平均速度使其成为城市中较短路线上最快的平均车辆。 早期对电动自行车犹豫不决的原因主要来自蓄电池技术的历史。 如果自行车技术被认为是成熟的,那么长时间不适合电池技术。 具有低或非常小范围,记忆效应等的电池阻碍了普及,特别是在低价格部分。 由于欧洲制造商长期以来一直将目光投向50多岁的目标群体,因此只有适当设计的车轮才能长期投放市场。 这导致电动辅助车轮的初始“奶奶轮”图像仍然在当地停止。 现代电动自行车今天的牵引电池主要基于锂聚合物电池,很少基于锂铁磷酸盐(LiFePO 4)-Akkumulatoren,与旧技术相比,现代电池显示出明显的优势(高能量密度,因此更长的范围,更轻的重量,更长的寿命,没有记忆效应)。 电池必须设计用于电机的短期最大功耗。 现代蓄能器基本确保了这一点。 在较旧的铅蓄电池中,只有在使用特殊的高电流驱动电池时才会使用。 在过去,许多电动自行车电池不能持久承受高电流负载,因为所使用的电池不具有高电流阻抗,特别是当电动自行车经常在斜坡上行驶时导致过载。 现在可能通过所谓的电池管理将这个问题排除在现代蓄电池中 范围 具有例如36V和10Ah(质量1.9-5.1kg)的功率的电池具有大约的能量含量。 36 V×10 Ah = 360 Wh(相比之下:1 kg汽油供应11,500 Wh)。 电能转换成机械功取决于发热和发动机控制在热量损失下的效率。 通常,这会导致约25%的损失。 因此,具有70千克驱动器(总质量≈100千克)的智能电动车纯电脑驱动,在电池功率为21千米的情况下以1.4%的斜率驱动 - 这个计算实例在实践中永远不会相关,因为在智能电动车中的驾驶员总是自己必须加入。 总的范围取决于许多因素(重量,倾斜度,蓄能器的尺寸,轮胎压力,选定的支撑模式等),因此几乎不可能给出一般范围。 大致覆盖这是现有技术,依赖于所有这些因素在40到120公里之间。 (当然,动作半径的这种限制仅适用于可提供电机辅助的驾驶)。 在某些型号上,标配的行李箱包括两个可连续切换的电池。 只有直接驱动轮毂电机(没有续流)才能再生,即所谓的回收。 这里,如在发电机中,动能用于在电能制动期间充电。 因此,在城市交通或丘陵地区,范围可以显着增加。 在独立测试中,范围增加了11%。 在测试报告以及某些制造商型号的操作手册中指出,外部温度也会通过类似的高因素影响范围。 总体而言,影响(具有相同的电池容量)被描述为如此多样化以至于z。 B.根据德比循环“实现的最大范围可以比最低范围大7倍”。 电池无法在几分钟内“加油”,如在汽油动力汽车中,电池充电周期需要几个小时,具体取决于型号。 尽管电动自行车的范围有限,但它比传统的摩托车具有更好的重量。 累加器的寿命 在一定数量的充电 - 放电循环之后蓄电池耗尽,使得范围下降得太远。 它可以进行多少次循环取决于电池的化学性质以及所使用的控制和充电电子设备的质量。 使用NiCd电池时,一次计数为1000,NiMH为700,锂离子电池为500次。 使用磷酸铁锂蓄电池,循环次数可达1000次以上; 之后,产能已降至约60%。 先进的电池管理概念在操作期间调节单个电池可延长使用寿命。 它们特别适用于高品质的锂电池。 根据几项研究,锂离子电池具有更长的使用寿命,如果它们经常只充电,而不是一个完全空的电池总是充满电。 但是,几个部分充电仅部分计为充电周期。 此外,长时间充满电时,锂离子电池不应存放在未使用状态。 对健康的益处 电动自行车可以成为心脏康复计划的一个有用部分,因为健康专业人员通常会建议在早期阶段使用固定式自行车。 基于运动的心脏康复计划可以使冠心病患者的死亡率降低约27%; 并且患者可能会感觉从固定自行车到电动自行车更安全。 对于心脏病患者,他们需要较少的心脏运动。 电动自行车还可以为长时间锻炼(例如由于受伤或体重过重)的个人提供运动来源,因为自行车可以让骑车者从踩踏板上短暂休息并且还可以提供自信。骑手,他们将能够完成所选择的路径,而不会变得太疲劳或没有强迫他们的膝关节太硬(需要使用他们的膝关节而不必不必要地穿出它们的人可能会在一些电动自行车调整马达协助的水平根据地形)。 田纳西大学的一项研究提供的证据表明,电动自行车的能量消耗(EE)和氧气消耗量(VO2)比传统自行车低24%,比步行低64%。 此外,该研究指出,电动自行车和自行车之间的差异在上坡路段最为明显。 达到VO2 Max,可以真正帮助您的身体。 英国伯明翰大学的珍妮特·洛德教授发表了一项研究,研究了年龄较大的自行车运动员,“这项研究考察了肌肉质量,血液胆固醇,他们的VO2 Max,肺功能,并且在许多措施中,我们发现他们没有年龄! 没有肌肉损失,他们的骨头有点薄(但没有像一般人群),他们的血压没有上升。 有些人声称通过使用电动自行车失去了相当大的重量。 最近的一项前瞻性队列研究发现,使用电动自行车的人体内BMI较高。 通过使自行车地形成为一个问题,那些不会考虑骑自行车的人可以在需要时使用电动辅助,并且可以在他们能够的情况下踩踏板。 这意味着健身水平较低或多年没有骑车的人可以开始享受电动自行车所提供的许多健康益处。 环境影响 电动自行车是零排放车辆,因为它们不排放燃烧副产品。 但是,必须考虑发电和配电以及制造和处理(有限寿命)高存储密度电池的环境影响。 即使考虑到这些问题,电动自行车据称比传统汽车具有显着更低的环境影响,并且通常被视为在城市环境中对环境有利。 当然可以减少电池再充电所涉及的环境影响。 与电动汽车中使用的较大电池组相比,电动自行车上的电池组尺寸较小,因此非常适合通过太阳能或其他可再生能源进行充电。 三洋在建立“太阳能停车场”时充分利用了这一优势,其中电动自行车骑手可以在停放在光伏板下时为车辆充电。 电动自行车和电动/人力混合动力车的环保资质一般导致一些市政当局使用它们,例如阿肯色州的小石城,他们的Wavecrest电动助力自行车或加利福尼亚州Cloverdale警察和Zap电动自行车。 中国的电动自行车制造商,如新日,正在与大学合作,以改善其技术符合国际环境标准,并得到中国政府的支持,中国政府热衷于提高中国制造的电动自行车的出口潜力。 土地管理监管机构和山地自行车道访问倡导者都主张在山地自行车可以进入的户外步道上禁止使用电动自行车,理由是存在潜在的安全隐患以及电动自行车损坏小径的可能性。 然而,国际山地自行车协会进行的一项研究发现,低功率踏板辅助电动山地自行车的物理影响可能类似于传统的山地自行车。 最近一项关于电动自行车对其他交通方式的环境影响的研究发现,电动自行车是: 比SUV节能18倍 能效比轿车高13倍 比轨道交通节能6倍 并且,与传统自行车大致相同的环境影响。 一个主要问题是废旧铅电池的处理,如果不回收可能会造成环境污染。 出于安全考虑,对锂离子电池有严格的运输规定。 在这方面,磷酸铁锂电池比锂钴氧化物电池更安全。 道路交通安全 中国作为领先的电动自行车世界市场的经验引起了对道路交通安全的担忧,一些城市已经考虑禁止他们使用自行车道。 随着电动自行车数量的增加和使用功率更大的电机,能够达到每小时30英里(48公里/小时),中国的交通事故数量显着增加。 电动自行车骑手比汽车驾驶员更容易在碰撞中死亡或受伤,并且因为电动车手使用传统的自行车道,他们会与行动缓慢的自行车和行人混在一起,增加了交通碰撞的风险。