Over de technische achtergronden van de fiets - the technical background of the bicycle
Home » E-bikes

E-bike: een fiets met hulpmotor

 

   Veel fietsers dromen ervan "altijd wind in de rug" te hebben. De Electro-assist fiets lijkt de realisatie van deze droom. Wie met volle accu een tochtje maakt, heeft hulp bij de meer inspannende trajecten met heuvels of tegenwind. Mensen die al jaren niet meer op een fiets gezeten hadden, zijn er weer op gestapt, door deze nieuwe vorm van recreatief fietsgebruik.

De hulpmotor geeft tot maximaal 25 km/h ondersteuning. Er zijn ook sterkere motorversies, met een snelheid van 45 km/h, maar die hebben net als de bromfiets een helm- en verzekerings-plicht; het marktsegment is marginaal. Omdat de snelheid van de E-bike weinig afwijkt van de gewone fiets, zijn extra voorzieningen als schijfremmen en vering niet nodig. 

 De E-bike heeft helaas een aantal technische beperkingen, die men moet kennen en accepteren!

  De fietsenhandelaar vertelt niet altijd hoe kwetsbaar en duur de accu is. Hij wil vooral fietsen verkopen; eerlijke voorlichting is schaars, net als vakkennis. Als een accu van €500 of €1000 na drie jaar vervangen moet worden, is dat normaal. Wie 4 of 5 jaar ermee wil doen, moet heel zorgvuldig zijn. Veel mensen zetten hun fiets in oktober in het schuurtje, en halen hem in april weer eruit voor een eerste lentetochtje. Als de accu niet tussentijds opgeladen is, zal die inmiddels kapot zijn; een totale ontlading is zeer schadelijk voor de accu. Wie dit wil voorkomen, door de accu via de oplader gewoon een half jaar in het stopcontact laten zitten, heeft pech. Ook dit is schadelijk voor de accu...........

FIG.1

Helemaal links in FIG.1 zien we de ouderwetse lood accu uit de auto als vergelijking. De eerste versies van de E-bike hadden een Nikkel-Cadmium (NiCd) accu. Dit waren slechte accu's; gelukkig zijn die inmiddels verdwenen. Daarna kwamen de Nikkel-Metaal-Hydride accu 's (NiMH), vaker oplaadbaar, lichter en milieuvriendelijker. 

Tegenwoordig zijn die weer vervangen door de Lithium-ion accu's; deze hebben vooral meer energie per kg accugewicht. Dit laatste drukken we uit in Watt-uur-per-kilogram (Wh/kg); hoe hoger dit getal hoe meer energie erin kan, per kg accu. We zien in FIG.1, 6 soorten Lithium-ion accu tussen de 80 en de 250Wh/kg; elk type heeft voor-en nadelen. De accu wordt geleverd in een combinatie van cellen, die gezamenlijk 24 of 36 Volt leveren. Uiteraard hangt dit samen met de keuze van de motor; in het algemeen zien we in de loop der jaren een verschuiving naar hogere voltages.

De totale energie-inhoud (in Wh) van de accu is het product van het voltage en het opgegeven aantal Ampere per uur (Ah) van de accu. Voor E-bikes zijn dit enkele honderden Wh. In de "normale" gebruikstand is dit onder gemiddelde omstandigheden per 100 Wh zo'n 12km bereik.

s' Winters levert de accu minder energie en wordt het bereik soms gehalveerd; als de motor hard moet werken, bij flinke tegenwind bovenop de dijk, kan dat ook gebeuren.

 

De accu's gaan het langst mee als ze op kamertemperatuur blijven, niet geheel leeg getrokken worden, en ook niet tot 100% opgeladen (98% is genoeg). Verder worden lage  snelheden voor laden en ontladen aangeraden. U merkt al dat een aantal van deze ideale regels regelmatig geschonden worden. Daarom halen de meeste accu's de levensduur van 5 jaar niet. Een goede oplader is meer dan een simpele stroomtoevoer. Er zit elektronica in die het laadproces stuurt, met een limiet aan de laadsnelheid, en afschakelen voor het bereiken van 100% lading. Fabrikanten willen daarom ook accu's en laders van eigen merk; zeker in geval van garantieclaims.

In grafiek FIG.1 zien we dat Lithium-ion accu's, de donkere balken, een zestal varianten kennen. We houden ons maar even aan de afkortingen om ze te bespreken.

Veel fietsverkopers weten trouwens niet eens wat er in de accu zit.  Een uitgebreid technisch schema over Lithium-ion accu's in het Engels vind u hier

In elektrische fietsen zullen we geen LTO aantreffen. De LTO presteert relatief slecht als het om het aantal Wh per kilo gaat. Een voordeel van deze accu is dat hij heel vaak opgeladen kan worden. Daarom zal bij auto's, als die remenergie kunnen terug winnen, deze energie vaak in een aparte LTO accu opgeslagen worden. De accu is ook nog eens erg temperatuur stabiel en kan vlot energie opnemen en afstaan, maar hij is duur en heeft een lagere capaciteit.

De LFP zien we tegenwoordig wel in E-bikes. Een betrouwbare stabiele accu, met als enige nadeel dat die, ook tijdens stilstand wat sneller spanning verliest; bij niet gebruiken toch regelmatig opladen!

De LMO zullen we niet tegen komen in elektrische fietsen. Het aantal oplaadcycli is beperkt. Het voordeel van deze accu is, dat hij vrij hoge stroomsterktes kan leveren. Hij wordt veel gebruikt in oplaadbare boormachines etc.

De NMC is populair bij E-bikes en elektrische auto's. Deze zullen vaak gebruikt worden.  

De LCO komen we niet tegen in elektrische fietsen; deze vinden we vooral in telefoons en laptops. Tamelijk duur en temperatuur gevoelig.

De NCA wordt toegepast in E-bikes, maar er kleven nadelen aan: het aantal oplaadcycli is beperkt en de accu is temperatuur gevoelig. De oplaadsnelheid en de leverbare stroomsterkte zijn relatief laag, waardoor we een wat grotere accu nodig hebben. Maar er gaat veel stroom in; Tesla kiest ervoor. 

 

Als we de krant lezen, zien we elke maand wel berichten over experimenten die een grote verbetering betekenen, zoals grafeen condensatoren . Er valt natuurlijk veel geld te verdienen met een betere accu; helaas is de tijd tussen uitvinding en productie vaak meer dan 10 jaar. Er komen vast en zeker betere opslagmogelijkheden voor energie. Als u zich wilt verdiepen in batterijen en accu's, en over behoorlijke chemische en (technisch) Engelse kennis beschikt, kan ik u deze Canadese site aanbevelen: http://batteryuniversity.com/learn/