Электровелосипеды могут проезжать на одном заряде на 18% больше без увеличения емкости аккумулятора. Добиться этого удалось благодаря системе, которая подзаряжает батарею прямо во время движения, используя часть энергии вращения заднего колеса. Такую технологию разработали ученые из Инженерного колледжа K.S.R.M., Научно-инженерного института технологий и прикладных наук и Университета Криста в Индии, а также Университета Матту в Эфиопии.
Одним из главных недостатков современных электровелосипедов остается ограниченный запас хода. Из-за требований к массе и габаритам на них устанавливают сравнительно небольшие аккумуляторы, поэтому дальность поездки приходится увеличивать другими способами. Существующие решения, такие как рекуперативное торможение или велосипедные динамо-машины, либо вырабатывают слишком мало электроэнергии, либо создают заметное сопротивление движению, заставляя велосипедиста тратить больше сил.
Исследователи предложили иной подход. На заднем колесе они установили дополнительный генератор, изготовленный на основе шагового электродвигателя NEMA-42. Благодаря особенностям своей конструкции он способен вырабатывать электричество уже при скорости велосипеда 8-12 км/ч. Генератор подключили к заднему колесу через отдельную цепную передачу с обгонной муфтой и передаточным отношением 1:3: один оборот колеса превращается в три оборота генератора. Это позволяет получать напряжение, достаточное для зарядки аккумулятора, а обгонная муфта не дает генератору тормозить колесо при движении. Полученная электроэнергия проходит через систему преобразования напряжения и затем безопасно поступает в систему зарядки литий-ионной батареи.
Исследователи подчеркивают, что речь не идет о создании «вечного двигателя». Генератор не производит энергию из ничего, а возвращает часть механической энергии, которая в обычных условиях просто теряется. Поэтому наиболее эффективно система работает при движении под уклон, накатом или когда велосипедист одновременно крутит педали и использует электропривод. На ровной дороге при движении только на электротяге эффект значительно меньше, поскольку генератор сам создает дополнительную нагрузку на электродвигатель.
Чтобы компенсировать дополнительный вес генератора и электроники, исследователи облегчили сам велосипед. Они заменили стальную раму на алюминиевую или карбоновую, установили более легкую вилку и отказались от части второстепенных элементов конструкции. В результате масса базового велосипеда уменьшилась на 6–8 кг, а общий вес готового электровелосипеда с системой самозарядки составил 18–23 кг. Это сопоставимо, а в ряде случаев даже меньше массы серийных электровелосипедов аналогичного класса.
В ходе испытаний генератор вырабатывал зарядный ток от 0,3 до 0,8 А при мощности 7-15 Вт. При этом дополнительное сопротивление движению оказалось минимальным: генератор увеличивал общую силу сопротивления менее чем на 2,2%. Экспериментальные испытания подтвердили эти расчеты.
В серии сравнительных заездов велосипед без системы подзарядки проезжал в среднем 38,1 км на одном заряде, тогда как после установки генератора запас хода увеличился до 42,6 км, то есть почти на 12%. В зависимости от маршрута и условий эксплуатации прирост достигал 10-18%.
По мнению исследователей, предложенная технология может стать сравнительно простым способом увеличить дальность поездок на электровелосипедах без установки более тяжелых и дорогих аккумуляторов. В дальнейшем ученые планируют разработать специализированный компактный генератор, оптимизированный именно для велосипедов, а также повысить эффективность преобразования энергии.
