actieradius elektrische fiets
 

Hallo allen,

Voor een opdracht bij ons op school moeten wij de actieradius van een elektrische fiets vergroten met een zo hoog mogelijk percentage. Wij hebben hiervoor al een paar ideeën bedacht. Maar we hebben 1 probleem: Hoe moeten we de actieradius van een elektrische fiets meten? We weten al hoe rollerbanken werken, maar dit kunnen wij waarschijnlijk niet toepassen voor het meten van het bereik van onze fiets.
We willen dus graag hulp bij het ontwerpen van een apparaat wat de actieradius meet van een elektrische fiets.

Alvast bedankt :)

Wat is de energiebron van je fiets? Is dat een batterij, waterstofcel, ...
Enkel van batterijen weet ik een heel klein beetje. Het komt erop neer dat je een batterij maar mag opladen tot een bepaalde spanning en dat je niet mag ontladen onder een bepaalde spanning (anders beschadig je de batterij). Verder zijn er wetmatigheden (wet van Peukert) die aangeven hoe ontlading verloopt en moet je weten wat de capaciteit van de batterij is (hoe lang je er een bepaalde stroom uit kan halen).

Het belangrijkste is in feite dat je gewoon afspreekt een bepaalde maat als actieradius te nemen en dezelfde meetprocedure (of berekeningswijze) aanhoudt zodat je kan gaan vergelijken. Met die rollenbank kan je dus wel bepaalde scenario's uitdenken die een indicatie geven van je actieradius zonder dat je elke keer daadwerkelijk alles moet leegrijden; ik zou aanraden om dan ook buiten de actieradius gewoon eens volledig op te meten om toch een referentiekader te hebben hoe dicht jullie alternatief bij de werkelijkheid komt.

Actieradius is immers iets dat niet zo simpel is: als je in de bergen gaat rijden zal die veel lager liggen dan normaal; als je wind tegen hebt of windt mee kan dat ook een gigantisch verschil maken, hoe veel je versnelt en in welke versnelling je rijdt; dat speelt allemaal een grote rol. Vandaar dat het belangrijk is om één bepaalde techniek te gebruiken en die te vergelijken (je kan natuurlijk ook andere technieken erbij halen om een betrouwbaarder beeld te krijgen van de 'echte' actieradius). (Dat is hetzelfde probleem met batterijduur van een notebook: fabrikanten geven een tijd op die ze waarschijnlijk wel gemeten hebben met hun bepaalde opstelling maar in werkelijkheid, zal de echte duur toch verschillen doordat je het toestel anders gebruikt).

Mogelijkheden om je verbruik te verminderen zijn o.a. alles aerodynamischer maken, het frame lichter maken, wat met de overbrengverhoudingen van je tandwielen spelen, wat trouwens ook de moeite kan lonen is gebruik maken van recuperatief remmen en gebruik maken van een secundaire spanningsbron die beter geschikt is om grote stromen te trekken (batterijen zijn daar heel slecht in; condensatoren van enkele farad zijn daar veel beter in (maar wel erg duur, zwaar en groot)).

Hier op de Vrije Universiteit Brussel is er een vakgroep bezig met elektrische fietsen, met wat geluk kunnen ze je daar meer concrete ideetjes geven hoe je alles het beste meet en welke factoren echt uiterst belangrijk zijn (bij het meten, bij de veranderingen, ...) . In ieder geval hebben ze daar gespecialiseerde rollenbankopstellingen staan voor hun elektrische fietsen.

Dankjewel voor je reactie :)

Waar wijzelf aan dachten om de actieradius te meten was:
Een apparaat bouwen die 2 metingen kan verrichten
1: De wattage die vrijkomt door te trappen
2: De wattage die vrijkomt bij de wielen.
Zo kan je dus volgens ons nauwkeurig zien hoeveel procent een accu bijdraagt aan de trapondersteuning.
Als we bijvoorbeeld voor 100W trappen, en bij de wielen komt 110W vrij hebben we dus een trapondersteuning van 1:10.
Daarna kunnen we verbeteringen toepassen, en als we dan weer 100W trappen, en er komt 120 W uit de trappers hebben we dus een verbetering van de actieradius met 10%.
zou dit dan een goed systeem kunnen zijn om de actieradius te meten, en kloppen de berekeningen wel?
Het gaat er dus niet om wat precies de actieradius is, maar hoe we verbeteringen aan de actieradius kunnen meten. :)

Zo heb je geen actieradius bepaald, maar een soort effectiviteit. Een actieradius is een maat voor de afstand (of als je wilt tijdsduur) die je in één rit maximaal kan halen. Het is eigenlijk de straal van een cirkel met je fiets in het middelpunt van alle punten waar je naartoe kan geraken zonder te herladen. Met een auto is het dus de afstand die je kan afleggen door één tank leeg te rijden (en daar zal je misschien ook al gemerkt hebben dat je de ene keer wat meer kan rijden dan de andere keer door wisselende omstandigheden op de baan).

Om op jouw voorbeeld concreet terug te komen: dat je 10W meer vermogen geeft, wilt zeggen dat je 10W meer uit de batterij moet halen. Dat zorgt ervoor dat de batterij sneller leeg is, dus het kan bv. goed zijn dat je minder afstand kan afleggen met 10W meer hulpvermogen op eenzelfde batterij. Over het algemeen geldt dat hoe meer stroom je van een batterij vraagt, hoe sneller hij leeg is (dat weet je ook wel, hoop ik; maar het gaat sneller dan wat je verwacht). Als je bv. 1 uur lang 1A kan vragen, zal je minder (!) dan een half uur 2A kunnen vragen van die batterij (hoe lang hangt af van de batterij).

Om de actieradius te verbeteren, moet je ervoor zorgen dat tegenwerkende krachten minder bijdragen. En wat werkt tegen: de massa van het voertuig, het frontaal oppervlak (kan je in dit geval weinig aan veranderen) en een schaalfactor voor de vorm (windweerstand). Met de tandwielverhouding kan je bovendien snelheid en versnelling wat afstellen aan je eisen (dat weet je zelf ook wel als je een fiets met versnellingen hebt). Maar dat zijn grotendeels veranderingen buiten het elektrische systeem.

Voor de massa kan je bv. alle onnodige onderdelen weglaten (bagagerek) of kan je een ander materiaal kiezen (bv. alu i.p.v. staal of veel beter (duurder) is koolstofvezel. Voor het frontaal oppervlak kan je bv. overstappen van een gewone fiets naar een ligfiets (ik denk dat daar gigantisch veel winst gemaakt kan worden).

Wat misschien ook wel wat helpt, misschien niet zo zuiver meetbaar, is een schakeling die meet hoe veel de motor werkelijk bijdraagt aan de snelheid/versnelling. Als dat percentage te laag is (bv. als je van een heuvel afrijdt), de bekrachtiging verminderen, weghalen of zelfs proberen de batterij op te laden?

Wat betreft het recuperatief remmen, misschien moet ik je daar iets meer uitleg over geven, want dat is ook iets waar je makkelijk het een en ander mee kan winnen (indien dat nog niet toegepast wordt op die fiets). Je hebt wat achtergrond over motoren nodig (ik ben geen expert, dus ik kan enkel de basis meegeven).

Klassiek zorgt een motor voor omzetting van elektrische energie naar mechanische energie; maar een motor en een generator (mechanische energie naar elektrische, bv. een dynamo) zijn eigenlijk hetzelfde. Dus je kan een motor ook als generator gebruiken (waarschijnlijk niet zo efficiënt als een echte generator, maar goed). Bij het klassieke remmen verlies je energie: je zorgt voor extra wrijving tussen je banden en een remblokje (of analoog met een remschijf); wrijving zet energie om in warmte en daarmee kan je weinig doen.

Bij recuperatief remmen, schakel je de motor op een zodanige manier dat de motor zich als generator zal proberen gedragen: de mechanische energie die op de wielen zit, wordt dus terug omgezet in elektrische waarmee je de batterij een beetje kan opladen. Je recupereert bij het remmen dus een beetje van de energie die je eerst geïnvesteerd hebt om de fiets in beweging te houden om hem ook weer stil te laten staan.

Dat is een zeer proper systeem; enige tip die ik geef als je het praktisch implementeert: mispak je niet aan de kracht waarmee zo'n rem kan werken. Een tweetal jaar geleden heb ik meegewerkt aan een elektrische kart waarin we zo'n systeem ingestoken hadden (ook met een mechanische rem voor de veiligheid) en die elektrische rem kon veel korter stoppen dan die mechanische rem. Op een fiets zit je veel hoger en geen gordels; dus meer kans om frontaal het asfalt te kussen.

(Oh, met recuperatief remmen geef je wel een beetje vrijheid op wat betreft overbrenging van rotatie tussen de pedalen en het achterwiel. Met zo'n ratelaar (als je achteruit trapt, dat je geratel hoort en dus geen energie overbrengt), lijkt het me op het eerste zicht niet mogelijk om elektrisch te remmen (behalve misschien door een dynamo op het wiel te zetten, maar dat is eerder vertragen dan remmen).)

Heel mooi verhaal, beetje lang om helemaal te herhalen. Is het niet zo dat bij recuperatief remmen het voordeel van een verlaging van de massa voor een groot deel wegvalt (in het ideale geval tenminste) omdat je grootste energieverlies voor de massa zit in het feit dat je die grotere kinetische energie kwijt bent als je remt en dat zou nu niet meer gelden. Dus verklein je alleen nog maar de verliezen bij het (niet ideale) recuperatief remmen en misschien nog wat rolwrijving (maar die had je dan ook met handigere verdeling van je massa kunnen verkleinen).

Zit er in een elektrische fiets niet al een soort regelsysteem dat de koppeling tussen de trapperkracht en de snelheid bepaalt?

Roept toch de vraag op wat het verschil is tussen remmen en vertragen ;) en het verschil tussen een motor die als generator wordt gebruikt of een dynamo :p zolang je dynamo krachtig genoeg is, is het systeem hetzelfde toch?

De trapondersteuning stopt bij een elektrische fiets bij 25 km/h, dus als je harder wilt dan dat moet het volledig op spierkracht :D.

Maar ons idee om de effectiviteit te meten van de fiets is dus geen goed idee om uit te vinden wat de actieradius is?

We moeten de actieradius met minimaal 10% vergroten, die 10% moet dus ook meetbaar zijn, we zijn er alleen nog niet uit hoe we dat moeten meten. Als we daar eenmaal achter zijn kunnen we beginnen met alle ideeën toe te passen.

Ik vind het idee over het recupatief remmen een hele mooie _O_.
Die gaan we zeker overwegen om te gebruiken :)

Het is de velomobiel van sunrider. Het is een ligfiets die door de stroomlijning al snelheden kan halen van 45 km/h met trapondersteuning. Er zit ook een kilometertellertje in. Is het dus niet een goed idee om een stellage te bouwen waarin we die fiets kunnen zetten (zodat het een soort hometrainer wordt). En dan constant fietsen, en bepalen hoeveel W er verbruikt wordt. Als we dus alle ideeen hebben toegepast zou er minder W uit moeten komen, waardoor de accu minder snel opgaat, en dus de actieradius van de accu groter is geworden.
Deze fietsen hebben we in bruikleen gekregen, we kunnen dus helaas weinig doen aan het materiaal zelf, we willen zowiezo de lampen vervangen door ledjes, we willen ook zonnecellen op de fiets zetten, zodat de accu ook oplaadt tijdens het rijden. Alleen over hoe het precies werkt met zonnecellen moeten we nog uitzoeken, maar dat lukt allemaal wel. Ons enige probleem is dus hoe we de actieradius gaan meten

De fiets: http://www.sunrider-cycles.com/specificaties.php
Info over de accu: http://www.sunrider-cycles.com/downl...i-ion_accu.pdf

Als je recupatief remmen wil testen moet je wel kunnen remmen. Als je in een stellage zit is het enige wat je moet remmen je wielen en je ketting, maar sta jij en je frame gewoon stil. Er is dan dus veel minder om uberhaupt te remmen. Recupatief remmen zal dan veel minder energie opleveren. Daarvoor is het essentieel dat een grote massa in beweging is (zodat er veel kinetische energie teruggewonnen kan worden).

Als er een kilometerteller op zit zou ik gewoon een vast parcours gebruiken (liefst binnen om verschillen in wind te voorkomen). Let op dat je op dit parcours een aantal keer remt. Als je dan na je fietstocht de stroomsterkte meet kun je iets zeggen over hoe ver de accu nog vol is (hoe voller hoe hoger de stroomsterkte). Beter zou zijn om continu het vermogen van de accu te meten, bijvoorbeeld met een computer maar dit brengt wat andere complicaties mee (neem je de computer mee of gebruik je een lange draad).

Na je verbeteringen leg je hetzelfde parcours nog een keer af met hetzelfde snelheidsprofiel en dan kijk je hoeveel voller de accu nog is. Dit relatieve verschil is ook het relatieve verschil in je actieradius.

Goed punt: met een zware fiets zal je meer energie terugwinnen (maar ook meer energie moeten steken in het vertrekken). Uit recuperatief remmen zal je steeds wel wat energie halen; dus in mijn ogen zal het steeds ook wel een beetje opbrengen. Of het de moeite is om er veel tijd in te steken, is natuurlijk een andere zaak omdat de winst die je maakt, misschien maar enkele percentjes zijn.

Vermoedelijk wel; ik heb echt geen flauw benul wat de achterliggende controlesystemen allemaal voor hun rekening nemen. In ieder geval, voor een middelbare-schoolopdracht, lijkt het me te hoog gegrepen om een professioneel product te gaan significant verbeteren. Ik hoop dat de fabrikant ervan toch genoeg heeft gedaan om alles zo goed mogelijk te designen; dat doe je als scholier (en zelfs als student) niet zomaar op 1-2-3 tientallen percenten beter.

Dat is allebei inderdaad hetzelfde, technisch gezien. Alleen zal je met een klassieke fietsdynamo (lees: niet krachtig genoeg zoals je zelf zegt) niet snel genoeg vertragen om het echt als veiligheidsmechanisme te kunnen gebruiken.

Ik ken trouwens te weinig af om te zeggen of een design van een generator/dynamo 1:1 hetzelfde is als dat van een motor (voor zover er veel experts bestaan in het design van DC-motoren).

Wat betreft de metingen: indertijd hebben wij dat met draagbare scopes met een logfunctie gedaan: je meet dan spanning en stroom op en verwerkt die nadien met de computer.

Overigens houdt ook niets je tegen om gewoon met een microcontroller (bv. Arduino o.i.d.) alles op te meten en op te slaan (voordeel is dat het veel kleiner is dan zo'n scope, nadeel is dat je alles zelf moet programmeren) of je kan daarmee zelfs als je zou willen een draadloze communicatie opzetten over enkele meters en de gegevens doorsturen naar een andere microcontroller die je aan de computer hangt.

Trouwens is een computer nu ook weer niet zo'n probleem: een netbook of notebook moet normaal zonder probleem wel mee te nemen zijn. Met kabels buiten het voertuig werken lijkt me allesbehalve praktisch en zeer gevoelig aan Murphy.

Dus we zouden in principe in een gymzaal tijdens een uurtje dat er geen les wordt gegeven rond kunnen rijden met een constante snelheid, en de hoogst mogelijke trapondersteuning. Na bijvoorbeeld 10 rondjes moeten we kijken wat er van de 100% vermogen van de accu nog over is. Dus zouden we hieruit kunnen opmaken wat de actieradius is bij een maximale gebruik van de trapondersteuning.
Dan moeten we daarna alle verbeteringen (o.a recupatief remmen) toepassen, en weer 10 rondjes rijden, dan zou de accu dus 10% voller moeten zijn dan hij was voor de verbeteringen toch? :)

Ik zou als je een systeem in wil bouwen dat het energieverlies bij remmen beperkt zou ik er voor zorgen dat je ook af en toe remt. Je kunt ook twee situaties schetsen, 1 met veel remmen en 1 met minder remmen. Dit doen ze ook vaak bij auto's waar ze stads- en snelwegverbruik specificieren en aan de hand daarvan dan het gemiddelde verbruik bepalen.

Je accu moet niet 10% voller zijn maar 10% minder leeg (subtiel verschil). Het gaat er om hoeveel de accu verbruikt heeft, niet hoeveel de accu overgehouden heeft. Rekenvoorbeeld om het verschil aan te geven. Stel voor de verbeteringen is je accu nog voor 90% vol na de test, na de verbeteringen voor 91% vol dan is dat dus 1/90*100%=1.1% voller, maar er is 9% ipv 10% gebruikt wat een winst is van 1/10*100=10%.Uiteindelijk zal je accu het dan ook 10% langer uithouden, niet 1%

Dat we een situatie moeten maken waarbij we ook moeten remmen was ik nog niet opgekomen, dankjewel daarvoor :)

Maar wat ik niet snap is het rekenwerk eraan. Als een accu 1% voller is na de verbeteringen houdt hij het dus 10% langer uit? :confused:

Geval a gebruikt hij 10% per rondje en houdt hij het dus 100/10=10 rondjes uit
Geval b gebruikt hij 9% per rondje en houdt het dus 100/9=11.1 rondje uit
Je winst in actieradius is dan dus 1.1/10*100=11% niet 1%.
Mijn 10% klopte dus ook niet... dit is de correcte berekening voor je actieradius.

Oke, nu snap ik het, dankjewel :)
We zullen hiermee aan de slag gaan ;)

Voor zover ik weet zijn er twee systemen:

1) De kettingspanning wordt gemeten en bij een bepaalde threshold wordt er ondersteuning geboden.
2) Het aantal omwentelingen per minuut van de trapas wordt gemeten. Dit samen met de overbrengingsverhouding bepaalt de trapondersteuning.

dr.rootz

Nog een oplossing, maar vast niet wat ze zoeken;
Lucht- en rolweerstand zijn de grootste verbruikers, exponentieel nog wel; zet er een lagere snelheidslimiet op.

Bedankt voor je oplossing, maar we kunnen dat inderdaad niet gebruiken.
We moeten de fietsen energiezuiniger maken, maar we moeten en ook mee kunnen racen, dus een hoge snelheid is wel belangrijker.
We kunnen er echter wel een theoriestukje over schrijven en het opnemen in ons verslag :)