На сегодняшний момент на улице часто можно встретить электросамокат, электровелосипед, электроскейтборд или более экзотический индивидуальный электротранспорт. Данный вид транспорта достаточно удобный, неприхотливый и компактный. Однако, несмотря на это, выбор оного сопровождается различными непонятными техническими терминами: «Номинальная мощность двигателя», «пиковая сила тока», емкость батареи в Ah или Wh. Сейчас со всем разберемся, а заодно поймем, на что нужно обращать внимание при выборе.
Для начала определим самое важное, касательно двигательной части электротранспорта, а затем рассмотрим детально:
- Мощность двигателя. Чем мощнее двигатель, тем быстрее мы едем и легче ползем в горы. В описании электротранспорта зачастую указывается номинальная мощность двигателя, которая может не иметь ничего общего с тем, что фактически будет в вашем транспорте.
- Тип двигателя. В большей мере разницу в типах двигателя мы можем наблюдать у электровелосипедов, так как среди их моторов можно найти прямоточные (директ драйв - ДД) или редукторные мотор-колеса, а также кареточные двигатели (на самом деле, это тоже редукторные моторы, просто они крутят не колесо (как мотор-колесо), а звезды, и устанавливаются в зоне каретки велосипеда) – во всем другом электротранспорте зачастую используют прямоточные мотор-колеса. Тем не менее, изредка редукторные мотор-колеса встречаются в самокатах с большими колесами.
- Напряжение батареи. Определяет максимальную скорость транспорта: больше напряжение – больше скорость.
- Емкость батареи. Связывается с напряжением батареи через параметр «сила тока». Напрямую влияет на запас хода транспорта. Также, косвенно влияет на ресурс батареи.
- Сила тока контроллера. Влияет на тяговитость мотора, косвенно на максимальную скорость. Также влияет на ресурс батареи.
- Дальность хода. Параметр очень сильно связан с емкостью батареи, но существует множество других параметров, определяющих общую дальность хода. Зачастую производитель указывает дальность хода при идеальных условиях, а мы разберемся, почему по факту дальность хода всегда получается меньше заявленной (и при каких условиях может быть даже больше)
Вот эти 6 составляющих и будут раскрыты дальше.
Для начала рассмотрим двигательную часть нашего электротранспорта: мотор и все, связанное с ним. Как сказано выше, двигатели бывают разных типов, из которых чаще встречаются:
- прямоточное мотор-колесо (директ драйв) – более тяжелое, менее тяговитое, более надежное, зачастую более скоростное;
- редукторное мотор-колесо – более тяговитое, менее надежное, медленное, но легкое;
- кареточный двигатель (только для электровелосипедов) – легкий, может быть как тяговитым, так и скоростным, в зависимости от выбранной передачи. Здесь играет роль трансмиссия электровелосипеда. Собственно универсальность кареточного мотора возможна только, если есть трансмиссия: больше диапазон передач – больше универсальность, меньше диапазон передач – меньше универсальность.
Стоит отметить, что как прямоточные моторы могут быть тяговыми, так и редукторные могут быть скоростными, но такие ситуации редки. Вообще, материала на тему того, как понять, является ли двигатель скоростным или тяговым – можно собрать на отдельную статью. Тем не менее, материал ниже является достоверным для любого мотора, так как рассказывает об общих принципах любого электродвигателя.
Все типы двигателей одинаково реагируют на важные характеристики электроцепи: напряжение (измеряется в вольтах - V) и сила тока (измеряется в амперах - A). Если растет напряжение, то растут и обороты двигателя (повышается скорость). Если растет сила тока, подаваемая на двигатель, то растет тяга мотора (двигатель быстрее разгоняется, лучше ползет в горы или едет в песках) Если мы силу тока перемножим на напряжение, то мы получим мощность мотора (A*V=W, мощность измеряется в ваттах). 500 ватт могут быть получены как напряжением в 50 вольт и силой тока в 10 ампер (скоростная система), так и силой тока в 50 ампер и напряжением в 10 вольт (тяговитая, но очень медленная система).
При покупке электротранспорта производитель указывает номинальную мощность мотора. Данная величина – это та мощность, которую двигатель способен выдерживать долгосрочно. Что такое «долгосрочно» одному лишь производителю известно. Номинальная мощность никак не указывает на то, какая мощность будет на вашем двигателе фактически. Возникает вопрос: «а что же указывает на фактическую мощность?». Фактическая мощность на вашем двигателе зависит от того, какую силу тока выдает ваш контроллер, и каков уровень напряжения в батарее.
Давайте рассмотрим связку контроллер (сила тока) и батарея (напряжение). Начнем с батареи. При покупке вы можете увидеть характеристику батареи «напряжение». По факту, указанное напряжение тоже номинальная величина, но она имеет куда больше связи с реальностью, чем номинальная мощность мотора. Например, значение напряжения батареи в 48 вольт указывает, что при уровне заряда батареи в 50%, ее напряжение будет равно 48 вольтам. Фактическое же напряжение батареи динамичное: чем больше заряжена батарея, тем больше ее напряжение, и по мере разрядки, напряжение падает. Заряженная на 100% Li-on батарея с номинальным напряжением в 48 вольт будет иметь фактическое напряжение в 54,6 вольта, а разряженная в ноль примерно 40 вольт (зависит от настройки платы управления батареей, может быть и 38, и 42 вольта. А если платы нет, то нижняя граница начинается там, где воспламенится батарея 😊). На текущем этапе должно стать очевидным, почему при разряде батареи падает скорость электротранспорта.
С напряжением разобрались, теперь рассмотрим силу тока и контроллер. У контроллера есть характеристика пиковой силы тока, выше которой он силу тока на мотор колеса не подаст, но может подать ниже. Чем больше вы выкручиваете ручку или курок газа, тем больше силы тока вольется в двигатель и, соответственно вольется больше мощности (так управляют газом хорошие контроллеры, есть другой способ, но его оставим вне рамок статьи).
Итак, мы знаем, откуда берется напряжение, знаем, что управляет силой тока, а также мы увидели формулу W=A*V. Давайте рассмотрим живой пример. Фирма Eltreco производит электровелосипед Eltreco Volteco Cyber. Двигатель в нем номинальной мощностью 500 ватт, номинальное напряжение батареи 48 вольт, контроллер с пиковой силой тока 17 ампер. Это значит, что при максимально выкрученной ручке газа, при старте с места в мотор фактически будет вливаться от 680 до 928,2 ватт (при батарее, разряженной в ноль и при полной батарее соответственно). Но почему номинальная мощность 500 ватт, разве мотор не сгорит при таких условиях!? Не сгорит. Причина в том, что контроллер выдает пиковую силу тока только при максимальных нагрузках: старт с места, езда в гору или по сыпучему грунту. Причем сила тока будет снижаться по мере ускорения (это в общем случае, а особенности уже зависят от работы конкретного контроллера). По этой причине мотор и не перегреется. Мотор сможет перегреться, если вы постоянно будете давать ему максимальную нагрузку: ехать в гору или по пескам, не приближаясь к оптимальной, с точки зрения контроллера, скорости
Вывод таков, что номинальная мощность – характеристика, дающая ориентир на то, какие нагрузки сможет выдержать двигатель. Чем больше номинальная мощность двигателя, тем лучше. По факту, почти никто не собирает электротранспорт в конфигурации, когда пиковые нагрузки равны или меньше номинальной мощности мотора. Практика такова, что прямоточные моторы подключают к контроллерам и батареям так, что в пике они получат не больше 3 номинальных мощностей, а редукторные моторы - не более 2 номинальных мощностей.
Давайте более подробно рассмотрим батарею и такую ее характеристику, как ёмкость, и ответим на вопросы: что такое «Ah», «Wh» и почему, чем больше емкость батареи, тем более живучей она будет?
Емкость батареи, как правило, указывают в:
1) Ампер-часах (Ah, A*h, А*ч)
2) Ватт-часах (Wh, W*h, вт*час)
Величина в А*Ч показывает, какую силу тока сможет выдавать батарея в течение часа. То есть батарея емкостью 15 А*ч, сможет выдавать силу тока в 15 ампер максимум в течение часа, силу тока в 30 ампер не более получаса, а силу тока в 5 ампер не более 3 часов. Исходя из материала выше, мы должны задаться вопросом, а при каком напряжении? Ответ: при номинальном напряжении батареи. Здесь кроется та причина, почему мы не можем напрямую сравнивать внешние аккумуляторы или аккумуляторы смартфонов с аккумуляторами для электросамокатов или электровелосипедов. В первом случае емкость в А*ч указана для напряжения 3,7 или 5 вольт, а во втором для напряжения 24, 36 и 48 (и больше) вольт.
Проблему сравнения решает показатель емкости в ватт-часах, так как он показывает, сколько ватт (какую мощность) сможет выдавать аккумулятор в течение одного часа. А ватты – это перемножение ампер на вольты (мощность — это произведение силы тока на напряжение, W=A*V.). Таким образом, значение емкости в ватт-часах более «честное». 500 вт могут соответствовать как батарее в 100 А*ч, измеренных при напряжении 5 вольт, так и батарее в 10 А*ч, измеренных при напряжении в 50 вольт. В первом случае это очень большая батарея для смартфона/планшета, а во втором - маленькая батарейка для электросамоката.
А почему, чем больше емкость, тем более живучая батарея? Я надеюсь, ни для кого не секрет, что всякая аккумуляторная батарея имеет свой ресурс, который обозначается в циклах. Типичное значение для Li-on батареи – 300-500 циклов. Зачастую имеется в виду, что 300-500 раз можно полностью зарядить и разрядить батарею, и только после этого емкость батареи упадет до 80% от изначальной. Но циклы могут быть разными, кто-то высадит батарею за 20 минут в ноль, а кто-то не спеша будет ехать 3 часа. И это важно. Те самые циклы в характеристиках указаны для оптимальных условий для конкретной батареи. В общем случае это разряд батареи в ноль не быстрее чем за 1-2 часа, а зарядка батареи не быстрее чем за 3-4 часа. Если мы сокращаем обозначенные временные рамки, то батарея начинает умирать быстрее, а если увеличиваем, то батарея умирает медленнее (связано это с электрохимическими процессами в аккумуляторе). А так как, чем больше у нас емкость батареи, тем медленнее мы ее будем высаживать в ноль или дольше заряжать до 100%, и, соответственно, тем больше у нас будет циклов (=ресурс) батареи, при прочих равных условиях. По этой же причине более сильный контроллер будет приводить к тому, что батарея быстрее будет деградировать (=умирать), так как она будет быстрее разряжаться.
Немного про дальность хода. Очевидно, что чем больше емкость аккумулятора, тем больше дальность хода, однако важную роль играют и условия езды на электротранспорте. Если едем в гору, то дальность хода уменьшается, точно также и с ездой против ветра. Производители указывают идеальные условия для эксплуатации электротранспорта (нет ветра, дорога прямая, без уклона, скорость полудохлой собаки, а ездок непременно страдает анорексией), но в реальности мы редко ездим по идеально ровному и прямому асфальту в безветренную погоду со скоростью 20-25 км/ч. Стоит учитывать, что сопротивление ветра играет более важную роль с ростом скорости, нежели уклон, вес транспорта с ездоком и накат резины. По моему опыту, при выборе электротранспорта делите запас хода, заявленный производителем на 1,5-1,7. Сам я выбирал, покупал и ездил на 4 электровелосипедах. И знаю, что если производитель указал 40 км пробега, то ожидайте 25 км реального пробега от ручки газа.
Резюмируя все вышесказанное, можно сформулировать простые советы: если местность, где вы ездите гористая или холмистая, а может быть богата рыхлым грунтом, то вам необходим транспорт с сильным контроллером (делаем акцент на силу тока). Если вам важно ездить далеко и быстро по плоскому асфальту, то лучше взять транспорт с батареей с высоким напряжением и прямоточным двигателем. Если хотите, чтобы батарея служила долго – старайтесь купить ее как можно большей емкости и не пользуйтесь быстрыми зарядками.
Я в свое время пришел к тому, что мне нужен полноприводный электровелосипед с двумя редукторными мотор-колесами для велопоходов. Пришлось переделывать имевшийся Eltreco Volteco Cyber.
Выбирайте электротранспорт с умом, понимая, какие его характеристики вам нужны, и он будет приносить радость, а не желание переделать или купить другой.
Если вы считаете, что где-то я ошибся или у вас есть вопрос - пишите в комментарии, вместе разберемся.
