Over de technische achtergronden van de fiets - the technical background of the bicycle
Home » 19

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.

  Elektrische energie komt van elektrische centrales en zon/ wind; batterijen zijn slechts opslag en buffering. Alleen als de stroom van hernieuwbare bronnen komt, is de Ebike bijna klimaatneutraal; maar het niet gebruiken van grondstoffen voor accu's en motoren, maakt de mens-aangedreven fiets toch milieuvriendelijker.

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

  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 meer na drie jaar vervangen moet worden, is dat normaal. Wie 4 of 5 jaar ermee wil doen, moet heel zorgvuldig zijn. Accu's "slijten" door het opladen. Na een aantal oplaadcycli ( 200 tot 1000 maal, afhankelijk van het type) zal de hoeveelheid stroom die in de accu kan, achteruit gaan. 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, kan 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.....

Lithium-ion accu's kennen een zestal varianten.  De accu's gaan het langst mee als ze op kamertemperatuur blijven, niet geheel leeg getrokken worden, en ook niet tot 100% opgeladen (tot 90% opladen, verdubbelt het aantal laadcycli). 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. Veel fietsverkopers weten trouwens niet eens wat er in de accu zit.  We houden ons maar even aan de afkortingen om ze te bespreken.

FIG.1 Een vouwfiets met Bafang voorwiel motor 

 

    De vouwfiets van FIG.1 is een typisch voorbeeld van de E-bikes in de klasse rond €1000. De fiets bevat een naafmotor van de Chinese fabrikant Bafang, een grote speler in de Ebike sector. Naafmotoren zijn het makkelijkst in te bouwen, en zijn daarmee wat goedkoper dan de montage bij het bracket (een z.g.n. midden-motor). De motor is specifiek voor 20 inch wielen; het toerental van het wiel wordt hoger als de wielen kleiner zijn. De overbrenging van de motor moet daarop aangepast zijn. Een nadeel van voorwielaandrijving is, dat het onverwachte stuurreacties kan opleveren. Deze motor is nog een 36V; we zien een verschuiving in de markt naar 48V in de nieuwe en duurdere modellen.  

Een motor op de trapas heeft veel minder variatie in toerentallen, wat gunstig is voor  elektromotoren. De duurdere modellen Ebike hebben vrijwel altijd een midden-motor, en er zijn ook veel meer fabrikanten in dit hogere marktsegment actief.

In elektrische fietsen zullen we geen LTO accu 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.

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

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! Een tijd lang waren ze door matige prestaties minder populair. Blijkbaar zijn er flinke verbeteringen voor dit type ontwikkeld; ook qua prestaties en de prijs/ kwaliteit verhouding. Het is een veilige batterij en het ontbreken van nikkel en kobalt is een milieuwinst.

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

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 koos ervoor afgelopen decennium. Bij LG Chem heeft men een tijdje accu's gemaakt van dit type, die tot spontane autobranden hebben geleid. Momenteel zien we ook bij LG Chem, een overstap naar LFP.

 

    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. In 2019 had een goede accu ongeveer 250Wh/kg.

   In 2019 heeft Tesla de firma Maxwell opgekocht. Deze hadden al geavanceerde nieuwe types (Solid State} droge batterijen in productie. De verwachting is dat men met de productiecapaciteit en kennis van Tesla binnen een paar jaar batterijen kan produceren met 500Wh/kg en een snellere oplaadtijd, die een dubbel aantal oplaadcycli hebben. De milieubezwaren zijn veel kleiner, door minder gebruik van oplosmiddelen, een langere levensduur en het verdwijnen van kobalt (duur, giftig). Hierdoor zijn deze batterijen ook nog eens goedkoper! 

   Een ander ijzer, dat Tesla in het vuur heeft, is de NMC/ graphite batterij. Deze zou 5000 laadcycli hebben, met slechts 10% verval, dus 1.600.000km levensduur voor een auto. De batterij zou daarna nog jaren als thuisopslag kunnen dienen. http://jes.ecsdl.org/content/166/13/A3031.full  We zijn benieuwd wanneer men dit ook werkelijk waar kan maken.

  Er zijn nog Lithum-Sulphur, Sodium-ion (Natrium), en Aluminum-Air batterijen in ontwikkeling en nog vele andere.....  Over een aantal jaren weten we nog meer; de ontwikkeling zal voorlopig verder gaan. Tegen 2030 zullen we wel rond de 1000Wh/kg zitten.

   Voor een fiets zullen dergelijke batterijen wel 400.000km mee kunnen gaan. Zelfs voor een "veel rijder", zeg 5000km per jaar, kom je dan aan 80 jaar gebruik; voor de meeste mensen en de meeste fietsen is dat meer dan levenslang.

 

DE TOEKOMST VAN HET VERKEER IS ELEKTRISCH !!

 

.

Maak een Gratis Website met JouwWeb