Jak działa rower elektryczny?

Pierwszy rower elektryczny zaprezentowano już w 1892 roku, czyli ponad sto lat temu. Od tego czasu wprowadzono wiele nowości technologicznych, które doprowadziły do obecnego wyglądu i sposobu działania tego środka. Pomimo dużej popularności rower ze wspomaganiem elektrycznym wciąż jest dla niektórych tajemniczym stwierdzeniem. Na przestrzeni kilkunastu ostatnich lat wiedza na ten temat znacząco się poprawiła, lecz warto zgłębić temat i wyjaśnić, jak on działa.

Diabeł tkwi w szczegółach. Sprawdźmy zatem, co to jest rower i czy terminem tym można nazywać każdy e-bike. Dowiedzmy się też, jak działa rower elektryczny? 

Nie zrobimy tego w sposób dosłowny, ale za pomocą encyklopedycznego wyjaśnienia, które mówi, że: „Rower to pojazd napędzany siłą ludzkich mięśni, najczęściej za pomocą nóg, a napęd przenoszony jest za pomocą przekładni na tylne koło”. To najważniejsze założenie, na którym należy się skupić, szukając odpowiedzi na pytanie: czy e-bike to ciągle rower?

Czy warto kupić rower elektryczny? 
Zapoznaj się z naszym przewodnikiem po e-bike'ach i podejmij słuszną decyzję!

Rowery elektryczne z silnikiem schowanym w ramie.

Już na wstępie możemy odpowiedzieć, że… tak, ponieważ wpisuje się w definicję roweru. Wspomaganie pedałowania w e-bike’u działa tylko, kiedy użytkownik wkłada w jazdę własną energię, a więc elektryk w jakimś stopniu napędzany jest siłą ludzkich mięśni. Silnik w rowerze elektrycznym nigdy nie napędza pojazdu, gdy człowiek nie pedałuje. Potwierdzają to także przepisy dotyczące e-bike'ów.

 Czym jest rower elektryczny w świetle przepisów?

W tym momencie czytającym ten tekst przychodzi na myśl cała gama środków transportu wspomaganych prądem przypominających rowery elektryczne, czyli pojazdy z tzw. manetką gazu. Jest to włącznik działania silnika aktywujący się niezależnie od tego, czy użytkownik pedałuje, czy nie.

Otóż nieprzypadkowo pojawia się w tym miejscu termin „pojazd”, ponieważ wszystkie rowery, które posiadają tak zwaną manetkę do autonomicznej jazdy, są pojazdami elektrycznymi, a nie e-bike’ami! Tak, legalny rower elektryczny musi być zgodny z normą EN15194, czyli nie może:

• być wyposażony w manetkę do autonomicznej jazdy,
• być wspomagany do wyższej prędkości niż 25 km/h,
• posiadać silnika o wyższej nominalnej mocy niż 250 W.

 Mechanizm działania roweru ze wspomaganiem elektrycznym 

Wiedząc już, czym jest e-bike, warto dowiedzieć się też, jak działa rower elektryczny? Algorytmy sterujące pracą silnika poprzez zespół czujników dokonują około 1000 pomiarów na sekundę, aby dozowana siła przyspieszenia pomagała i współgrała z użytkownikiem w pożądany przez niego sposób. Z każdym rokiem producenci mają większą bazę danych do analiz oraz do coraz lepszego dopracowywania działania systemu. Pojawiają się nawet rozwiązania automatyzujące dobór siły wspomagania, które powodują, że użytkownik w coraz mniejszym stopniu koncentruje się na osiągach, a bardziej na odczuwaniu przyjemności z jazdy.

Aktualny ranking rowerów elektrycznych

Przy prędkości 25 km/h następuje odcięcie wspomagania. Nie dzieje się to gwałtownie – wsparcie elektryczne jest stopniowo zmniejszane. Wszystkie czołowe metody wspomagania dozują siłę przyspieszenia stosownie do szybkości pedałowania użytkownika i na podstawie wybranego przez niego trybu intensywności. Na przykład w e-bike’ach towarowych (rower cargo) może to być nawet 400% tego, ile mocy wkłada rowerzysta. W najbardziej popularnych, czołowych systemach wspomagania, np. do górskich rowerów elektrycznych, jest to wartość 320-340%.

 Budowa roweru elektrycznego, a norma prawna 

Po przeczytaniu poprzedniego akapitu każdy wie, jak działa rower ze wspomaganiem elektrycznym.  

Na rynku możemy spotkać dwa główne rodzaje silników elektrycznych, a mianowicie umieszczone centralnie (zwane często korbowymi) oraz w piaście (mogą być umiejscowione zarówno w przednim, jak i tylnym kole). Niezależnie od położenia silnika, oba rodzaje są według normy EN15194 elektrykami.

O czym jeszcze mówi norma EN15194?

Wspomniana wcześniej norma, choć nie wprost, rozróżnia rowery elektryczne także ze względu na obecność wyłącznika wspomagania. Jest to element, który odpowiada za odłączenie napędu elektrycznego w czasie hamowania. Całość przepisów dotyczących e-bike’ów ma grubo ponad 100 stron i oprócz powszechnie znanych regulacji dotyczących maksymalnej mocy silnika znajdują się tam także wytyczne dotyczące mechanizmu odcinania mocy. Mówią o tym, że blokada silnika ma nastąpić na:

• odcinku 5 metrów, jeśli wbudowany jest wyłącznik,
• odcinku 2 metrów, gdy wyłącznik ten nie jest zamontowany.

Założenie to wynika wprost z budowy tego środka transportu. Odcinanie dopływu prądu na odcinku 2 metrów ma zastosowanie w rowerach elektrycznych ze wspomaganiem elektrycznym centralnym, ponieważ tak zbudowany model nie ma wyłączników silnika (zamontowanych przy klamkach hamulcowych). Tutaj zmniejszenie elektrycznej następuje natychmiast w momencie wstrzymania pedałowania tak jak w normalnym rowerze.

Uwaga! Na rynku są także dostępne takie rowery elektryczne, które mają centralnie zamontowany silnik z wyłącznikiem. Jednakże nie stosuje się tego w fabrycznie budowanych konstrukcjach, a jedynie w rowerach przerabianych w warunkach warsztatowych.

W przypadku silników piastowych bez wyłącznika zatrzymanie systemu następuje, gdy zrobi to użytkownik. Z uwagi na czas reakcji człowieka proces hamowania jest wówczas wydłużony, co przewiduje norma EN15194 i dlatego odcięcie zasilania elektrycznego musi nastąpić na odcinku do 5 metrów od zaprzestania pedałowania czy rozpoczęcia hamowania. Rower elektryczny typu Pedelec (pedal electric cycle), a więc zgodny z normą, traktowany jest w przepisach jak zwykły rower niezależnie od obecności wyłącznika silnika.

 Nielegalne rowery elektryczne

Każda przeróbka roweru elektrycznego powodująca niezgodność z normą EN15194 sprawia, że jednoślad zmienia status z roweru elektrycznego na pojazd elektryczny. Podmiot dokonujących takich modyfikacji w świetle prawa staje się podmiotem odpowiedzialnym, wprowadzającym taki pojazd na rynek. Zostaje jego producentem i przyjmuje na siebie wszystkie obowiązki producenta- w tym także obowiązek homologowania takiego pojazdu, co jest kosztowną operacją. Ma to również dalsze skutki w postaci:

• zakazu poruszania się ścieżkami rowerowymi,  
• ograniczenia w poruszaniu się w ruchu samochodowym,
• obowiązku rejestracji pojazdu,
• obowiązku posiadania uprawnień do kierowania tego typu pojazdem,
• posiadania sygnału dźwiękowego,
• obowiązku całorocznego poruszania się z włączonymi światłami.

To są najważniejsze następstwa nielegalnych przeróbek rowerów elektrycznych, ale istnieje także wiele innych obowiązków, wymogów i ograniczeń wynikających z przepisów ruchu drogowego.

Do przeróbek nie zaliczają się legalne zestawy do konwersji roweru na elektryczny, ale są one bardzo kosztowne.

 Różnica prawna w częściach do pedelców i s-pedelców 

Oprócz zainstalowanego silnika, baterii i manipulatora e-bike w zasadzie niczym nie różni się od zwykłego roweru. Modele typu Pedelec (zgodne z przytoczoną normą EN15194) składają się z normalnych części stosowanych do budowy tradycyjnych rowerów.

Jednak wyłącznie do elektryków zgodnych z wyżej wymienioną normą stosujemy zwykłe komponenty, bo tylko one są traktowane jak normalne rowery. Zupełnie inne wymogi są w stosunku do pojazdów elektrycznych wspomaganych do prędkości 45 km/h, czyli S-Pedelców. W ich przypadku należy stosować części przeznaczone do wyższych prędkości, co również określają odpowiednie dyrektywy unijne.

 Atuty różnych silników do rowerów elektrycznych

Regularnie używanie elektryków umożliwia między innymi dobry silnik. Skoro na świecie występują dwa główne rodzaje wspomagania, to który wybrać? Silniki piastowe, niezależnie od tego, czy przednie, czy tylne, świetnie sprawdzają się w przypadku konwersji zwykłego roweru, na rower elektryczny. Najprościej i najtaniej jest zainstalować układ wspierający do przedniego koła, ale w tylnym też jest to możliwe. Systemy centralne wymagają natomiast przeznaczonych do danego systemu ram i nie można ich zamontować w dowolnym rowerze. Są jednak najszerzej stosowane, a ich popularność stale rośnie. Poniżej znajduje się wykaz właściwości, którymi charakteryzują się oba rodzaje wspomagania elektrycznego.

Przykładem zaawansowanego systemu wspomagania z silnikiem piastowym umieszczonym z tyłu jest Mahle Ebikemotion. Jest to jeden z lżejszych silników do rowerów elektrycznych, który ma przy tym wysokie momenty obrotowe zapewniające wysoką dynamikę jazdy.

 Dlaczego silnik centralny jest popularniejszy i droższy?

O popularności silników centralnych decyduje:

• naturalność w użytkowaniu,
• zaplecze serwisowe,
• zasięg (jest większy),

Centralne systemy wspomagania są za to z pewnością droższymi rozwiązaniami, ale umożliwiają jazdę po bardziej wymagających drogach. Jednym z e-bików o tego typu silniku jest Overvolt TR 6.7 marki Lapierre. 

 Parametry silników w rowerach elektrycznych

Jeden parametr silnika ma szczególny wpływ na jakość jazdy rowerem ze wspomaganiem elektrycznym – jest to maksymalny moment obrotowy.

To od tego parametru zależy elastyczność pracy silnika i odczucie większego wsparcia wtedy, kiedy tego potrzebujemy. Maksymalny moment obrotowy jest ściśle powiązany z kadencją rowerzysty (liczbą obrotów korbą na minutę). Maksymalne wartości momentu obrotowego osiągamy tylko przy optymalnej kadencji, w jakiej dany system pracuje najlepiej.

Oprócz tego silniki (nawet w ramach oferty jednego producenta) potrafią różnić się:

• masą, 
• dedykowanym sposobem użytkowania, 
• wydajnością.

Niejeden przyszły właściciel rozmyśla nad tym, jaki wybrać silnik elektryczny do roweru? Najlepiej skorzystać z oferty powszechnienie polecanych marek. Wśród najbardziej znanych wytwórców systemów wspomagania rowerów elektrycznych znajdziemy między innymi Bafang, Bosch, Shimano, Mahle Ebikemotion, Fazua, Yamaha i Panasonic. 

E-bike z dobrym silnikiem elektrycznym sprawdzi się nawet w górach.

 Bateria do roweru elektrycznego

Bateria to obok silnika najważniejszy element systemu wspomagania roweru elektrycznego. Sposób jej eksploatacji ma ogromny wpływ na to, jak długo będziemy się cieszyć z naszego e-bike’a. Największym zagrożeniem dla akumulatora jest sam rowerzysta. O baterię rowerową należy dbać poprzez odpowiednią eksploatację systemu, czyli poprzez zapewnienie właściwej kadencji. Ważne jest też przechowywanie baterii w optymalnych dla niej temperaturach. Nie ma jednej najlepszej temperatury przechowywania wszystkich baterii Li-Ion. Można by jedynie wskazać pewien ogólny zakres, czyli zwykle 15-20°C.

Warto też wiedzieć, że temperatury długotrwałego przechowywania i krótkotrwałej eksploatacji baterii znacznie się różnią Chwilowe trzymanie akumulatora na mrozie czy w upale, nie uczyni żadnych większych szkód, a kilkugodzinne już tak. Jeśli temperatura codziennej pracy wynosi od -10°C do +45°C w zależności od systemu, to długie wystawianie baterii na działanie temperatur poza tymi granicami spowoduje jej szybkie zużycie się czy nawet zepsucie.

 Miejsce montażu akumulatora w rowerze elektrycznym

Bateria w rowerze może być zamontowana dosłownie wszędzie – na przykład w piaście. To jednak tylko przykład możliwości, jakie oferuje technologia. Najczęstsze miejsca umiejscowienia baterii to dolna rura, rura podsiodłowa lub bagażnik rowerowy.

W obrębie dolnej rury mamy różne sposoby montażu baterii:

• w miejscu standardowego montażu bidonu,
• wewnątrz rury z montażem bocznym,
• wewnątrz rury z montażem dolnym,
• wewnątrz rury – bateria wsuwana od suportu.

Na rurze podsiodłowej:

• od strony przodu roweru,
• między kołem a rurą podsiodłową od strony tyłu roweru.

Warto mieć na uwadze, że bateria do roweru elektrycznego na bagażniku zmienia środek ciężkości i stabilność tego środka transportu.

 Pojemność baterii a zasięg roweru elektrycznego

Pojemność baterii ma wpływ na zasięg roweru elektrycznego, ale z pewnością nie jest to jeden, jedyny parametr, który zapewnia długi zasięg. Porównywanie zasięgów katalogowych nie ma najmniejszego sensu, ponieważ zależy od tak wielu istotnych parametrów, że zmiana tylko jednego z nich może zmienić zasięg roweru o 20-30%, a czasem i więcej. Sama prawidłowa technika jazdy rowerem elektrycznym może pozwolić przejechać ze wspomaganiem kilka kilometrów więcej.

Zasięg roweru elektrycznego zależy między innymi od prędkości, masy roweru i jego użytkownika, rodzaju sprzętu i systemów wspomagania czy nawet pogody.

Na co dzień w rowerach elektrycznych możemy spotkać dwa sposoby zapisów wartości pojemności baterii w Wh (watogodziny) i Ah (amperogodziny). Ah określa zdolność do zasilania przez dany akumulator – obwodu elektrycznego – prądem o danym natężeniu przez określony czas. Natomiast Wh odpowiada ilości energii, jaką przez godzinę zużywa urządzenie o danej mocy.

Większa pojemność baterii jest równoznaczna z jej większą masą i na tę chwilę nie ma technologii, która pozwoliłaby w sposób znaczący obniżyć masę baterii. Obecnie stosowana technologia litowo-jonowa jest najlepszą z dostępnych. 

Akumulator zamontowany na dolnej rurze ramy.

 Jaki wyświetlacz do roweru elektrycznego będzie najlepszy?

Wyposażony w ekran kontroler roweru ze wspomaganiem elektrycznym jest łącznikiem między silnikiem i baterią a rowerzystą. W ofertach producentów znajdziemy wiele wyświetlaczy, dzięki którym jesteśmy w stanie dobrać najbardziej odpowiadającą nam formę. Części rowerzystom wystarcza prosta ascetyczna forma, inni wymagają pełnej informacji wraz z funkcjami zastępującymi nawigację lub miernik mocy. Niektóre systemy oferują również możliwość jazdy bez wyświetlacza.

Nawet w tych najprostszych formach wyświetlaczy zawsze mamy dostępne informacje na temat dystansu, prędkości, trybu wspomagania, pozostałego zasięgu czy aktualnego stanu naładowania baterii.

Ciekawą opcją są wyświetlacze dotykowe, które użytkownicy dobrze znają ze smartfonów i w związku z tym szybko akceptują taką formę interfejsu. Zawsze jednak tak samo jak w przypadku telefonów, warto dodatkowo zabezpieczyć ekran szkłem ochronnym, które w razie upadku oszczędzi nam sporych kosztów zakupu nowego ekranu lub nawet całego wyświetlacza.

Niektóre wyświetlacze dotykowe umożliwiają użytkowanie ich w deszczu. Wówczas są one blokowane, przez co ekran nie działa dotykowo, a przechodzi na obsługę przyciskami manipulatora.

 Ładowarka do roweru elektrycznego

Ładowarka jest ważną częścią roweru elektrycznego, bo bez niej nie da się ładować akumulatora. Jej brak powoduje, że e-bike staje się bezużyteczny. Warto również pamiętać, aby ze względu na bezpieczeństwo zawsze stosować oryginalne, czyli dedykowane lub rekomendowane przez producenta ładowarki. Bateria roweru elektrycznego to urządzenie niebezpieczne podlegający pod przepisy ADR. Pochopne stosowanie przypadkowych ładowarek w skrajnych przypadkach może prowadzić do jej samozapłonu lub nawet eksplozji.

Mając już porządną ładowarkę, warto zastanowić się, jak długo ładować rower elektryczny? Czas trwania tej czynności zależy od dwóch parametrów:

• pojemności baterii,
• prądu ładowania.

W markowych systemach wspomagania rowerów elektrycznych możemy spotkać ładowarki o natężeniu prądu od 2 A do 6 A. Najszybciej naładujemy baterię ładowarką 6 A, natomiast najlepsze dla baterii litowo-jonowej jest ładownie prądem o niższym natężeniu przez dłuższy czas. To istotnie wpływa na żywotność baterii w dłuższym okresie. Tak więc, jeśli mamy czas używajmy ładowarek o niższym natężeniu prądu, na przykład 2 A.

Przykładowo czas pełnego naładowania baterii Shimano Steps o pojemności 504 Wh ładowarką 4 A wynosi około 5 h.  

Proces ładowania roweru elektrycznego.

 Pozostałe elementy wyposażenia rowerów elektrycznych

Pozostałe części e-bike’ów niewiele różnią się od zwykłych modeli. Zazwyczaj przerzutki, napędy, koła i opony są takie same. Często stosuje się także standardowe hamulce.

O tym, jak ma być zbudowany rower elektryczny, mówi nam – jak było wcześniej – norma EN15194. Części typowo rowerowe nie mają dodatkowych wymagań, jednakże producenci zapobiegawczo stosują często mocniejsze szprychy i dedykowane ogumienie. Zdarza się, że nie szlifują też spawów ram rowerów elektrycznych, aby ich nie osłabiać. Są to jednak działania dodatkowe, nie podyktowane brzmieniem normy, a motywowane zwiększeniem solidności i bezpieczeństwa użytkownika roweru elektrycznego.

 Trzy zalety regularnej jazdy na rowerze elektrycznym

Dzięki zastosowaniu silnika ludzkie możliwości są potęgowane, lecz należy podkreślić, że nie mamy tutaj do czynienia z zastępowaniem człowieka, a ze wspieraniem jego obecnego potencjału. Dzięki temu rowerzysta zyskuje wiele korzyści. Jakie są zatem zalety roweru elektrycznego?

1. Elektryk umożliwia pokonywanie dalszych dystansów, dzięki czemu można zwiedzić więcej niż własną okolicę. Pozwala zobaczyć to, co odległe, a przy tym nie zabiera radości z ruchu i chroni przed nadmierną eksploatacją mięśni.
2. E-bike pozwala również na wypracowanie kondycji, szczególnie u osób, które dopiero zaczynają swoją przygodę ze sportem. Stereotyp mówiący, że rower elektryczny to produkt dla ludzi leniwych, jest zatem nieprawdziwy.
3. Obecność rowerów elektrycznych na rynku powoduje, że swoje obecne możliwości mogą też z powodzeniem rozwijać użytkownicy w znacznie szerszym przedziale wiekowym, ponieważ jest to rozwiązanie idealne dla każdego. Sprawdzi się zarówno jako środek transportu dla młodych ludzi, jak i dla seniorów.

 Co warto jeszcze wiedzieć przed zakupem roweru elektrycznego?

Jeśli dobrze dobierzesz swój nowy rower elektryczny, to znaczy – odpowiednio do sposobu jego użytkowania – rower elektryczny odwdzięczy Ci się wyjątkową wygodą i dynamiką. Będzie też szybko przemieszczał się w mieście bądź podczas dalekosiężnej eksploracji szlaków górskich. Warto podkreślić, że pełną satysfakcję z jazdy na rowerze osiągniesz, pamiętając o: 

• odpowiedniej kadencji,
• higienie i dbaniu o czystość roweru,
• zakazie mycia ciśnieniowego.

Rower ze wspomaganiem elektrycznym jest bardzo popularnym urządzeniem transportu osobistego na świecie. Dodatkowo emisja CO2 związana z produkcją i użytkowaniem elektryka(bez baterii) to zaledwie 2 g/km, a w przypadku podróży samochodem jest to około 147 g/km, czy samolotem około 230 g/km. Jednak najważniejszy jest nasz rozsądek. Wraz z rosnącą świadomością odpowiedzialności za otaczające nas środowisko naturalne, ludzkość w coraz większym zakresie i coraz częściej świadomie wybiera rowery jako mniej szkodliwy dla środowiska sposób transportu. Ciągle jesteśmy jednak na początku rozwoju możliwości stosowania pedelców na skalę masową w transporcie miejskim, towarów czy dla użytku rekreacyjnego.