Jak działa rower elektryczny? Poznaj zasadę działania e-bike'ów!

E-biki coraz częściej pojawiają się na ulicach polskich miast. Choć wciąż daleko nam w tej kwestii do Europy Zachodniej, a szczególnie Niemiec i Holandii, to widać, że popularność elektryków rośnie. Zdaje się jednak, że tylko mały procent cyklistów bardziej zgłębia temat od strony technicznej, zastanawia się nad ich konstrukcją, a ta jest naprawdę ciekawa! Jak działa e-bike? Czy napęd elektryczny roweru do funkcjonowania wymaga pedałowania? A może rower jedzie sam? Odpowiedzmy na najciekawsze pytania dotyczące działania e-bike’ów!

• E-bike to rower wzbogacony o elektryczne wspomaganie pedałowania.
• Najważniejsze komponenty roweru elektrycznego to silnik, bateria i sterownik. Większość współczesnych modeli korzysta także z wyświetlacza.
• Działanie roweru elektrycznego opiera się na współpracujących ze sobą czujnikach i algorytmach na bieżąco regulujących pracę układu napędowego.
• Z roweru elektrycznego mogą korzystać osoby w każdym wieku. E-biki zapewniają komfortową jazdę, oszczędność czasu i pieniędzy oraz są ekologiczne.
• Więcej artykułów na temat części i rowerów znajdziesz na naszym blogu.

Czym jest rower elektryczny?

Zanim dojdziemy do tego, jak działa rower elektryczny, warto powiedzieć sobie najpierw, czym on w ogóle jest, gdyż odpowiedź na to pytanie wcale nie musi być taka prosta i jednoznaczna, jak może się to wydawać.

Najprościej rzecz ujmując, jest to jednoślad wzbogacony o elektryczne wsparcie pedałowania (silnik) i alternatywa dla osób, które chcą zmniejszyć wysiłek podczas pedałowania. Nie bez powodu użyliśmy jednak słowa „wsparcie”, ponieważ elektryczny napęd ma jedynie wspomagać kolarza, co oznacza, że do działania silnika rowerowego wciąż konieczne jest naciskanie na pedały i obracanie korbą – nawet jeśli czynność ta jest znacznie ułatwiona.

Oprócz elementów związanych z elektryfikacją roweru, do których jeszcze wrócimy, konstrukcja e-bike’a będzie zbliżona do tradycyjnego jednośladu – siodełko, kierownica, hamulce itd. Laik na pierwszy rzut oka może nawet nie zauważyć różnicy. Nieco więcej niuansów pojawia się, dopiero gdy zajrzymy do polskich przepisów.

Rower elektryczny w świetle przepisów

E-bike w świetle polskiego prawa traktowany jest na równi z tradycyjnym jednośladem (ze wszystkimi tego plusami i minusami), dlatego musi wpisywać się w formalną definicję. Co to znaczy w praktyce? Rower elektryczny prócz tego, że wprawiany w ruch jest poprzez nacisk na pedały, nie może także przekraczać szerokości wynoszącej 0,9 m, a jego dodatkowy napęd elektryczny winien być zasilany prądem o napięciu nie wyższym niż 48 V o znamionowej mocy ciągłej wynoszącej maksymalnie 250 W. Wyjściowa moc silnika elektrycznego powinna zmniejszać się stopniowo, aż do spadnięcia do zera, po przekroczeniu przez kolarza prędkości 25 km/h.

A co, jeśli e-bike nie spełnia powyższych wymogów? Wtedy traktowany będzie jako motorower lub motocykl – również ze wszystkimi tego konsekwencjami prawnymi.

Jak działa wspomaganie w rowerze elektrycznym?

Jeżeli bateria w e-bike’u została wcześniej naładowana – system wspomagania rowerów elektrycznych aktywowany zostaje, kiedy tylko zaczniesz pedałować. Zamontowane w jednośladzie specjalne czujniki rozpoznają wykonywane ruchy, a kontroler silnika otrzymuje informacje, by wspomóc kolarza. Sterownik za sprawą wbudowanych czujników momentu obrotowego oraz prędkości w czasie rzeczywistym określa, jak duża moc powinna w danym momencie ułatwić Ci jazdę. Nowoczesne rowery elektryczne dokonują nawet 100 pomiarów na sekundę, więc dozowanie wsparcia jest bardzo dokładne i użytkownik nie odczuwa nagłych przeskoków w trudności pedałowania. Im dynamiczniej będziesz pracował nogami, tym większe obroty narzuci kontroler silnika – z kolei, kiedy zwolnisz – silnik elektryczny zrobi to samo. Automatyczne sterowanie napędem pozwala cykliście utrzymać równomierną szybkość i płynność jazdy.

W przeważającej większości nowoczesne rowery elektryczne (zwłaszcza terenowe) dysponują także kilkami trybami pracy, pozwalającymi dostosować sposób funkcjonowania urządzenia do aktualnych warunków na trasie lub preferencji, a tym samym na utrzymanie roweru elektrycznego, jego tempa jazdy, na równym poziomie – niezależnie od zmieniającego się krajobrazu. Najczęściej spotyka się 3 tryby pracy: Low, Medium i High, czyli małe wsparcie pedałowania, średnie i wysokie. Obecnie obsługuje się je zwykle poprzez intuicyjny wyświetlacz roweru.

Warto zauważyć, że system wspomagania rowerów elektrycznych w każdej chwili może zostać wyłączony (jeśli e-bike go ma – także poprzez wyświetlacz roweru). Kiedy się na to zdecydujesz – sposób wprowadzania w ruch e-bike’a niczym nie będzie różnił się od tego stosowanego w klasycznych jednośladach. Pamiętaj tylko, że sporym utrudnieniem może być waga roweru elektrycznego – wzmocniona rama, silnik i akumulator swoje ważą.

Zasada działania roweru elektrycznego (kluczowe komponenty roweru elektrycznego)

Wyjaśniliśmy pokrótce, jak działa system wspomagania rowerów elektrycznych, ale aby w pełni zrozumieć ten mechanizm, konieczne jest przybliżenie także kluczowych części składowych e-bike’a, które umożliwiają wspieranie kolarza w jego wysiłkach. 

Najważniejsze komponenty roweru elektrycznego to:

• Silnik;
• Bateria (akumulator);
• Elektroniczny kontroler (moduł sterujący).

Dziś w prawie każdym elektryku znajdziesz także wspominany już wyświetlacz służący do zarządzania pracą mechanizmów oraz monitorowanie poziomu naładowania baterii. Oprócz tego e-bike musi mieć także okablowanie umożliwiające połączenie wymienionych urządzeń i przekazywanie energii między nimi.

Silnik elektryczny w e-bike’u

Wszystkie obecnie projektowane rodzaje rowerów elektrycznych mają silniki, których cechy budowy w większości są bardzo podobne. Wynika to przede wszystkim z przepisów prawnych. Normy podyktowane przez Unię Europejską zakładają, że moc silnika e-bike’a może wynosić do 250 W, co w praktyce oznacza, że niemalże wszystkie modele dysponują dokładnie taką mocą. Ponadto prawo określa, że urządzenie może wspierać w jeździe kolarza tylko do osiągnięcia prędkości 25 km/h – o czy wspominaliśmy już wcześniej w sekcji poświęconej aspektom prawnym.

Zagłębiając się nieco bardziej w techniczne parametry silników, trzeba wspomnieć, że te stosowane w e-bike’ach to modele bezszczotkowe (BLDC), co to oznacza? Silniki te nie mają zużywających się w wyniku eksploatacji podzespołów (szczotek), które trzeba regularnie wymieniać. Dla użytkownika oznacza to, że silnik roweru elektrycznego jest całkowicie bezobsługowy, trwały i rzadko ulega awariom.

Omawiając parametry silników, nie można pominąć też maksymalnego momentu obrotowego. Najkrócej rzecz ujmując – im ta wartość jest wyższa, tym lepiej, gdyż to ona odpowiada za to, jak płynna będzie się wydawać praca silnika, a co za tym idzie, jaki rower elektryczny da nam ubaw z jazdy.

Warto wspomnieć, że silnik może być montowany w piaście (przedniej lub tylnej) lub centralnie (przy korbie). Jednoślad z silnikiem przy kole zwykle jest tańszy niż rower elektryczny z napędem centralnym, jednak to ten drugi wybór uważany jest za optymalny, ponieważ gwarantuje stabilność i producenci obecnie raczej odchodzą od umiejscawiania silnika w piaście. Jeśli Twój e-bike ma służyć do czegoś innego niż rekreacyjna jazda po mieście – zdecydowanie polecamy wybrać rower elektryczny z napędem centralnym.

Akumulatory rowerów elektrycznych

Akumulatory rowerów elektrycznych, czyli po prostu baterie, to kolejne komponenty niezbędne do działania jednośladów wspomagających pedałowanie. Jak funkcjonuje bateria w e-bike’u i z czego składa się ten element?

Akumulator odpowiada za gromadzenie energii elektrycznej, a następnie przekazywanie jej w czasie jazdy do silnika elektrycznego, dzięki czemu system może wspierać wysiłki kolarza. Najważniejszą częścią akumulatora jest ogniwo – zwykle litowo-jonowe – praktycznie takie samo, jak na co dzień wykorzystujemy w laptopach czy smartfonach.

W pełni naładowana bateria pozwala na przejechanie od 50 do nawet 150 km. Zasięg ten zależny jest od pojemności ogniwa wyrażanej standardowo w watogodzinach (Wh). Większość dostępnych na rynku akumulatorów deklaruje tę wartość na poziomie 250-600 Wh. Średni zasięg solidnego roweru elektrycznego oscyluje dziś w granicach 100 km.

Kiedy bateria się wyczerpie, trzeba ją ponownie napełnić. Jak odpowiednio ładować rower elektryczny? Jest to bardzo proste, wystarczy podłączyć ogniwo poprzez dedykowaną ładowarkę do zwykłego domowego gniazdka z prądem. Czas potrzebny na napełnienie akumulatora może być różny, dlatego planując zakup roweru elektrycznego, koniecznie zwróć na to uwagę! Zwykle jest to 3-5 h. Z kolei żywotność baterii powinna wynosić min. 500 ładowań. Na szczęście po tym czasie ogniwo nie przestanie całkowicie działać, ale jego wydajność spadnie. Jeśli marzą Ci się długie trasy, dobrym wyborem będzie rower elektryczny z wymienną baterią. Ten coraz powszechniej stosowany rodzaj akumulatora pozwala np. dokupić drugie ogniwo i w razie potrzeby szybko podmienić stare z nowym!

Akumulatory rowerów elektrycznych montuje się na lub w ramie albo na bagażniku (spotykane jest to coraz rzadziej).

Sterownik e-bike’a (sterowanie napędem)

Ostatnim żywotnym elementem, który mają wszystkie typy rowerów elektrycznych, jest tzw. sterownik napędu, nazywany też kontrolerem, modułem elektronicznym itp. Czasem mówi się, że jeśli silnik to serce e-bike’a, to sterownik jest jego mózgiem.

Zgodnie z tym, co sugerują w zasadzie wszystkie wspomniane nazwy, odpowiada on za koordynację całego układu elektrycznego, monitoruje pracą zarówno silnika, jak i baterii oraz współpracuje z czujnikami i manetkami. To wykonywane przez kontroler na bieżąco obliczenia i analizy pozwalają na utrzymanie roweru elektrycznego w wewnętrznej harmonii przekładającej się dla kolarza na płynność jazdy. Ponadto odczytane sygnały przemienia na dane pojawiające się na wyświetlaczu roweru.

Jak widać sterownik e-bike’a to bardzo skomplikowany komponent, dlatego przeciętny rowerzysta raczej nie zagłębia się w jego funkcjonowanie. Dobranie i podłączenie kontrolera na własną rękę to nie lada wyzwanie. Trzeba zadbać m.in. o dopasowanie natężenia prądu oraz ustalenie zakresu napięcia – zostawmy to specjalistom! Warto jednak wspomnieć, że w zależności od sposobu działania moduły mogą być wektorowe (droższe) lub blokowe (tańsze). Coraz częściej stosuje się też sterowniki sinusoidalne, które wyróżniają się wysoką jakością.

Jeżeli Twój e-bike zaczął funkcjonować inaczej niż wcześniej, chaotycznie – zwykle oznacza to usterkę właśnie modułu kontrolnego. Przy najpoważniejszych awariach sterownika cały napęd elektryczny może po prostu się wyłączyć!

Pozostałe podstawowe elementy wyposażenia rowerów elektrycznych

Rower elektryczny działa za sprawą omówionych wyżej komponentów oraz łączących jest przewodów. Pozostałe części składowe e-bike’a są takie same lub bardzo zbliżone, do tych znanych z tradycyjnych jednośladów. I również analogicznie do nich – różne rodzaje rowerów elektrycznych będą dysponowały innymi dodatkami – dobranymi specjalnie do ich przeznaczenia.

Praktycznie zawsze tradycyjny napęd, przerzutki i koła to identyczne modele stosowane w klasycznych szosówkach, gravelach, rowerach górskich itd. Podobnie hamulce, chociaż w przypadku e-bike’ów znacznie częściej będą to warianty tarczowe hydrauliczne niż wszystkie inne rodzaje. Ponieważ elektryki mają dużą moc – potrzebują znacznej siły hamowania.

Odmienna będzie natomiast rama rowerowa (dostosowana do większych obciążeń), a często również opony, szprychy i łańcuch – podobnie do ramy – wzmocnione względem standardowych wersji znanych z klasycznych modeli niewyposażonych we wspomaganie.

Warto jeszcze raz przypomnieć, iż wszystkie rodzaje rowerów elektrycznych zgodnie z literą prawa traktowane są jak jednoślady tradycyjne, a więc dotyczą je przepisy o obowiązkowym wyposażeniu roweru.

Dla kogo jest rower elektryczny?

Wiedząc, jak działają rowery elektryczne, można zadać sobie pytanie – dla kogo właściwie tego typu wsparcie podczas jazdy będzie najlepsze?

Może to banalne, ale prawda czasem jest banalna – e-biki są dla każdego! Niezależnie od tego, czy jesteś nastolatkiem lubiącym poszaleć na rowerze, seniorem, czy przeciętną osobą dojeżdżającą do pracy lub chcącą tylko zrelaksować się w weekend – na pewno dostrzeżesz liczne zalety roweru elektrycznego! Zwłaszcza że obecnie e-biki występują już w praktycznie wszystkich odmianach typowych dla klasycznych jednośladów, a co za tym idzie, można nimi jeździć po każdym rodzaju nawierzchni. Niezwykłą popularnością cieszą się oczywiście wygodne rowery miejskie ze wspomaganiem oraz e-biki trekkingowe, ale widać również rosnący trend na e-MTB, a w ostatnich sezonach także na gravele i szosówki!

Korzyści, które Cię zaskoczą!

Rowery elektryczne będą doskonałym kompanem dnia codziennego oraz najbardziej wymagających wypraw niezależnie od Twojego wieku, płci i kondycji, jakie jednak są największe zalety roweru elektrycznego?

• Komfort – nie chcesz się zbytnio zmęczyć w drodze do pracy? Obawiasz się, że teren okaże się za trudny? Z e-bikiem wszystkie te wątpliwości znikną, a jeśli postawisz na rower elektryczny z wymienną baterią – nawet wyjątkowo długie trasy stanie przed Tobą otworem!
• Oszczędność czasu – chcesz ominąć korki? A może jesteś zapracowany i trudno Ci znaleźć czas na rowerową pasję? E-bike znacznie Ci to ułatwi! Dzięki wspomaganiu pedałowania dojedziesz dalej w krótszym czasie!
• Oszczędność pieniędzy – szacuje się, że prąd zużyty na przebycie 100 km e-bikiem kosztuje ok. 1 zł – ile kosztowałoby Cię przejechanie takiej samej trasy autem? W dobie coraz droższej benzyny i kosztów eksploatacyjnych samochodów oszczędność pieniędzy bardzo przemawia za zamianą auta na e-bike’a.
• Ekologia – martwisz się o środowisko naturalne? Korzystając z roweru elektrycznego, możesz dołożyć swoją cegiełkę do dbania o przyrodę. E-bike nie emituje spalin, a do jego produkcji zużywa się dużo mniej zasobów w porównaniu z samochodami.

Wiemy, jak działa rower elektryczny dziś, ale czy wiemy, co przyniesie jutro?

Pierwszy udokumentowany e-bike (trycykl elektryczny) powstał w 1892 r. Akumulator roweru składał się z aż 36 ogniw ważących sumarycznie 31 kg (cały e-bike ważył 77 kg). Czy twórca tego wynalazku mógł przewidzieć, jak zaawansowanymi rozwiązaniami będziemy dysponowali dzisiaj? Raczej nie. Przywołujemy tę historię, ponieważ nie ma powodu uważać, że obecne cechy budowy i parametry silników (i innych części e-bike’ów) są czymś niezmiennym, czego już nie sposób ulepszyć.

Na przestrzeni ostatnich kilku lat widać znaczną poprawę w zakresie skrócenia czasu ładowania baterii przy jednoczesnym zwiększeniu ich pojemności, dzięki czemu przeciętny zasięg roweru elektrycznego się wydłużył. A wszystko wskazuje na to, że w dalszej przyszłości e-biki działać mogą jeszcze lepiej, ale też inaczej. W wypadku rewolucji w zakresie ogniw zasilających, kompletnej zmianie prawdopodobnie ulegną silnik elektryczny i praktycznie wszystkie podstawowe elementy jednośladu. Dodając do tego ciągły rozwój inteligentnych funkcji (takich jak automatyzacja lamp i systemy antykradzieżowe) elektryki naprawdę ewoluują na naszych oczach! A nie wspomnieliśmy nawet o wykorzystaniu w nich sztucznej inteligencji, co dziś jest już tylko kwestią czasu. Dlatego nie sposób przewidzieć, jak działać będzie rower elektryczny jutro, ale przyszłość zapowiada się bardzo interesująco.