Pedelectechnik für Einsteiger€¦ · (c) Derby Cycle Werke GmbH, August 2011, keine...

Pedelectechnik für Einsteiger Karl- Heinz Lange August 2012

(c) Derby Cycle Werke GmbH, August 2011, keine Veröffentlichung oder Weitergabe ohne schriftliche Freigabe

1. Gesetzliche Grundlagen 2. Unterschiedliche Pedelecsysteme

3. E-Bike Basics – Bauteile und deren Funktion 4. Leistungskurven

5. Batterietechnologie – Aufbau – Lebensdauer – Wirtschaftlichkeit

2 // Pedelec Technik für Einsteiger


3

› Die Leistung des Motors darf 250 W nicht überschreiten

› Der Motor darf nur als Tretunterstützung dienen, d.h. der Motor darf nur „helfen“, wenn der Fahrer selbst in die Pedale tritt.

› Die Motorleistung muss mit steigender Geschwindigkeit progressiv abnehmen.

› Bei 25km/h muss der Motor abschalten.

Was ist ein Pedelec? | EU- Richtlinie 2002/24/EC



4

› Keine Führerscheinpflicht

› Keine Helmpflicht

› Keine Altersbeschränkung

› Keine Versicherungspflicht

Was bedeutet das für den Anwender? |



5

› Es ist ein Kleinkraftrad (Klasse L1e)

› Die Leistung des Motors bis 500 Watt (über 500 Watt Motorrad-Beleuchtung und Reifen notwendig).

› „Gashebel“ (Fahrgeschwindigkeitsschalter) wird benötigt

› Mit Motorkraft max. 20km/h (Helmpflicht)

Was ist ein schnelles Pedelec? | EG Zulassung



6

› Mofaprüfbescheinigung (oder einen anderen entsprechenden Führerschein, wenn man nach dem 1.4.1965 geboren ist).

› Keine Helmpflicht.

› Versicherungspflicht (Versicherungskennzeichen ca. 60€).

› Benutzung von Radwegen ist eingeschränkt.

Was bedeutet das für den Anwender? |


(c) Derby Cycle Werke GmbH, August 2011, keine Veröffentlichung oder Weitergabe ohne schriftliche Freigabe 7

› in das COC Papier ist eine Bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit von ≤ 20km/h eingetragen

› in dem § 21a Abs. 2 StVO steht: über 20km/h einen geeigneten Helm tragen

› wir sind ≤ 20km/h mit unserer Definition der bauartbedingen Geschwindigkeit → also kein Helm

› Legen wir die Definition vom Verkehrsministerium zu Grunde (bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit vom schnellen Pedelec 45km/h) dann heißt das der Fahrer muß einen geeigneten Helm tragen.

› Da das noch kein „geeigneter Helm“ definiert ist sagen wir die Helme nach EN 1078 sind geeignet

Helmpflicht bei schnellen Pedelecs | Stellungnahme Derby Cycle



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Systemvergleich | Mittelmotor / Hinterradmotor / Vorderradmotor

9 // Pedelec Technik für Einsteiger - Systeme


Pro/ Contra Frontmotor

+ einfaches Zuverlässiges System + Rücktritt möglich + preiswert - Antriebseinflüsse auf die Lenkung - Hoher Schwerpunkt - Kippsicherheit - Lenkverhalten - Belastung für Gabel und Rahmen - Radausbau - Licht: StVZO bei Freilauf-Frontmotor nur mit Seitenläuferdynamo

Hoher Schwerpunkt

viel Gewicht im Vorderrad, Antriebseinflüsse

Systemvergleich | der Vorderradmotor



Pro / Contra Hinterradsystem mit Sitzrohrakku

+ Niedriger Schwerpunkt + bessere Gewichtsverteilung (etwas hecklastig) + keine Antriebseinflüsse auf Lenkung + uneingeschränkte Traktion + sicheres Fahrverhalten + keine Umgewöhnung für Einsteiger + freie Dynamowahl + kein erhöhter Kettenverschleiß

+/- hohes Drehmoment

- schlecht Laufeigenschaften über 25 km/h - kein Rücktritt möglich - eingeschränkte Schaltungswahl - Nicht so effizient wie der Mittelmotor

niedriger Schwerpunkt

Systemvergleich | der Hinterradmotor mit Sitzrohrakku




Systemvergleich | der Hinterradmotor mit Unterrohrakku Pro / Contra Hinterradsystem mit Unterrohrakku

+ Niedriger Schwerpunkt + bessere Gewichtsverteilung (nahe am Mittelmotor) + keine Antriebseinflüsse auf Lenkung + uneingeschränkte Traktion + sicheres Fahrverhalten + keine Umgewöhnung für Einsteiger + freie Dynamowahl + kein erhöhter Kettenverschleiß + hohes Drehmoment (Sportliches Fahren)

- schlecht Laufeigenschaften über 25 km/h - kein Rücktritt möglich - eingeschränkte Schaltungswahl - Nicht so effizient wie der Mittelmotor



Pro / Contra Mittelmotor

+ Niedriger Schwerpunkt + optimale Gewichtsverteilung + keine Antriebseinflüsse auf Lenkung + uneingeschränkte Traktion + sicheres Fahrverhalten + keine Umgewöhnung für Einsteiger + geringere Belastung für den Rahmen + Effizienter Motoreinsatz + Freie Dynamowahl + Rücktritt möglich + sehr gute Laufeigenschaften über 25km/h

- Höhere Belastung des Kettetriebs - Schaltbarkeit bei Nabenschaltung

zentrale Gewichtsverteilung


Systemvergleich | der Mittelmotor






14 // Pedelec Technik für Einsteiger – Bauteile und Funktionen


Hinterradnabenmotor | am Beispiel



Motoreinheit

Fernbedienung am Griff

MMI - Dock

Bediengerät - MMI

Hinterradnabenmotor | Bauteile

Batterie



Freilauf für Steckkassetten Kraftsensor

Steuerungs- und Leistungselektronik

Optischer Rotor-Lagegeber

Magnetring, 40 Pole, Selten Erden

Bremsscheibe ab 160 mm

Hinterradnabenmotor die Einzelteile



DIE MITTELMOTOR TECHNIK



IMPULSE | DAS SYSTEM

Batterie LED Display

Sensoren

Motoreinheit

LCD Display



IMPULSE | DIE MOTOREINHEIT

Motoreinheit



Kompaktkonstruktion (Motor, Getriebe, Controller & Sensoren) ■ Einfaches Austauschen ■ Antrieb über Kettenblatt ■ Gewicht der Antriebseinheit: 3,8 kg

IMPULSE | ANTRIEBSEINHEITUND STEUERUNG

EINZELTEILE: ■ Bürstenloser Motor ■ Steuerung ■ Getriebe ■ Freilauf ■ Kettenblatt ■ Drehmomentsensor ■ Motordrehzahlsensor



IMPULSE | DIE SENSOREN

Motorsensor Drehmomentsensor

Hinterradsensor



› Drehmomentsensor auf magnetostriktiver Basis Keine zusätzlich Reibung durch den Kraftsensor Kontinuierliches Kalibrieren des Systems auch

während der Fahrt (auch im Standby-Modus) › Drehsensor im Motor

Drehsensor im Motor für bessere Motorsteuerung und gleichmäßigeren Lauf auch bei langsamen Drehzahlen

› Geschwindigkeitssensor am Hinterrad Verbessertes Anfahrverhalten durch Kombination der Sensoren

› Motor wird mittels Schaltnocke antriebslos geschaltet (bei Rücktrittvariante) Rücktrittfunktion Verbessertes Schaltverhalten unter Last

› Freilauf Der Motor dreht im Fahrradbetrieb nicht mit

IMPULSE | FUNKTION DER ANTRIEBSEINHEIT



IMPULSE | LED DISPLAY

LED Display



IMPULSE | DAS LED BEDIENELEMENT

Batteriekapazität ■ 100% - 80% ■ 80% - 60% ■ 60% - 40% ■ 40% - 20% ■ 20% - 10% ■ unter 10%

LED leuchtet LED blinkt LED aus

■ Beim Einschalten stellt sich immer der Sport-Modus ein. ■ Optional mit integrierter Schiebehilfe. ■ verbesserte LED Helligkeit mit Helligkeitssensor

Unterstützungsgrad (Power) (Sport) (Eco) (Standby; Batterie-Anzeige leuchtet noch )

Fehleranalyse

Allgemeines



LCD-Display

IMPULSE | LCD DISPLAY



IMPULSE | LCD-DISPLAY FUNKTION



■ Deutsch ■ English ■ Francais ■ Nederlands ■ Espaniol ■ Italiano ■ Suomi ■ Dansk

IMPULSE | LCD-DISPLAY Programmierte Sprachen



■ Ladezustand von 0 bis 100% | 7 graphische Elemente

100%

0%

IMPULSE | LCD-DISPLAY Ladezustandsanzeige



■ Geschwindigkeit > km/h oder mph

■ Unterstützung > Power / Sport / Eco / (optional ERGO) Stand-by (keine Anzeige)

■ Restreichweite > km oder mi

■ Batterieladezustand > in sieben Einteilungen

IMPULSE | LCD-DISPLAY Permanente Anzeige



■ TRIP Kilometer einer Fahrt km oder mi

■ GESAMT Kilometer, z. B. einer Tour km oder mi

Der untere Teil (durchschaltbar mit der SET-Taste)

IMPULSE | LCD-DISPLAY Unterer Teil



■ TRIP MAX Maximale Geschwindigkeit in km/h oder mph

■ TRIP ZEIT Fahrzeit einer Fahrt in Stunden / Minuten / Sekunden

IMPULSE | LCD- DISPLAY Unterer Teil (durchschaltbar mit der SET- Taste)



■ TRIP ∅ Durchschnittsgeschwindigkeit einer Fahrt in km/h oder mph

■ GESAMT ∅ Durchschnittsgeschwindigkeit einer Tour in km/h oder mph

IMPULSE | LCD- DISPLAY Unterer Teil (durchschaltbar mit der SET- Taste)



■ Motorleistung von 0 - 100%

IMPULSE | LCD-DISPLAY Unterer Teil (durchschaltbar mit der SET- Taste)

Unterstützungsanzeige



■ TRIP Kosten in Euro, ausgehend vom Strompreis und Verbrauch

■ GESAMT Gesamtkosten in Euro, ausgehend vom Strompreis und Verbrauch




■ ERSPARNIS … in € einer Fahrt mit dem Pedelec gegenüber den Fahrtkosten, die Sie mit dem Auto gehabt hätten.

■ ERSPARNIS KG CO2 CO2-Ersparnis einer Fahrt mit dem Pedelec gegenüber der CO2-Emission, die Sie mit einem PKW gehabt hätten.




■ SYSTEM GESAMT Fahrstrecke des gesamten Systems. Ist nur über das Löschen der Gesamtdatei zurückzusetzen. In km oder mi.







38 // Pedelec Technik für Einsteiger – Leistung


Kraftsensor | Unterstützungsdiagramm



Diagramm | Motorunterstützung über Drehmoment Fahrer



Mittelmotor | Abschaltverhalten in den verschieden Gängen

Panasonic Antrieb Impulse Antrieb

Gang Kadenz (1/min)

Geschwindig- keit (km/h)

Motor- drehzahl

Kadenz (1/min)

Geschwindig- keit (km/h)

Motor- drehzahl

1 71 8 3.000 87 11 4.300

2 71 10 3.000 87 13 4.300

3 71 12 3.000 87 16 4.300

4 71 13 3.000 87 18 4.300

5 71 16 3.000 87 21 4.300

6 71 19 3.000 86 25 4.250

7 71 22 3.000 74 25 3.650

8 71 25 3.000 65 25 3.200

■ In den Gängen 1 – 7 lässt das Impulse System höhere Geschwindigkeiten zu

■ In den Gängen 6 – 8 ist eine Anpassung der Kadenz auf Ihre Bedürfnisse möglich

Beispielhaft: für eine Motorupdate 2012 mit 21er Ritzel



Sie können dahin schalten, wo:

■ die Leistung am höchsten ist,

■ der Wirkungsgrad am besten ist,

■ der Motor nicht heiß wird.

E-BIKE TECHNOLOGIE | Vergleich Mittel-/Nabenmotor



Sie können dahin schalten, wo:

■ die Leistung am höchsten ist,

■ der Wirkungsgrad am besten ist,

■ der Motor nicht heiß wird.

E-BIKE TECHNOLOGIE | Vergleich Mittel-/Nabenmotor

Nabenmotor






44 // Pedelec Technik für Einsteiger – Batterie


BATTERIE | Technologie



IMPULSE BATTERIE | DIE LED ANZEIGE Informationssystem

Kurzes Drücken der „PUSH“-Taste: Ladezustand der Batterie wird angezeigt. (Werte für nicht während des Ladens)

› 5 LED‘s leuchten 86- 100 %




› 1.LED leuchtet 16- 30 %

› 1.LED blinkt 0 -15%

Wird die „PUSH“-Taste für 5 Sek. gedrückt gehalten, wird die momentane Kapazität der Batterie angezeigt.

› 5 LED‘s leuchten 86- 100 % (z.B.9-11Ah)




› 1.LED leuchtet 16- 30 %

› 1.LED blinkt 0 -15%



IMPULSE BATTERIE | DIE LED ANZEIGE Informationssystem

Schnelles Blinken aller LED‘ s nach Tastendruck: Während der Fahrt Batterie ist leer und wird abgeschaltet die Batterie ist überlastet, zu hoher Entladestrom Batterie zu heiß Über- oder Untertemperatur beim Fahren

(Arbeitsbereich -15 bis 60°C) Während des Ladens Zu hoher Ladestrom (Fehler am Ladegerät) Zellspannung zu hoch (Fehler beim Laden)

Kurzes Aufblinken der 1. LED: Ladefehler, Über- oder Untertemperatur (0-45°C) Keine Kommunikation mit dem Ladegerät



BionX: - Steckkontakte instabil - Unterrohrschiene liegt nur an den drei Verschraubpunkten am Unterrohr auf

Xion:

moderne, sichere Steckverbindung 100% Selbstfindung wasserdicht und vibrationsbeständig

Kontur der Unterrohrschiene an Oberrohr der DCW-Rahmen

BATTERIE | Steckverbindung



IMPULSE BATTERIE | LADETECHNIK – TECHNISCHE DATEN

■ Eingangsspannung 220 - 240 V ■ Ausgangsleistung 102 W /3A ■ Ausgangsspannung 36 V / 42 V ■ Ladezeit (36 V | 11 Ah) 4 Stunden ■ Steckverbindung XLR 4 Kontaktstecker

Ladegerät

Standfuß LED Anzeige ■ leuchtet grün ist eingesteckt ■ leuchtet grün Batterie eingesetzt ■ leuchtet grün Batterie lädt Auch wenn die Batterie voll ist, leuchtet die Anzeige grün. Aber die Batterie LED‘s sind erloschen ■ blinkt kontinuierlich rot Ladefehler



IMPULSE | LADETECHNIK

Laden der Batterie am Fahrrad Laden der Batterie in der Ladestation



Impulse 11 Ah Impulse 15 Ah Original Panasonic 12 Ah

Derby Cycle Panasonic 18 Ah

Spannung 36 V 36 V 25,2 V 25,2 V

Kapazität 11 Ah 15 Ah 12 Ah 18 Ah

Wattstunden 396 Wh 540 Wh 300 Wh 468 Wh

Ladezeiten 4 Std. 5 - 6 Std. 6 - 7 Std. 9 – 10 Std. (4 – 5 Std.)

Gewicht 2,85 kg 2,95 kg 2,6 kg 3,1 kg

Energiedichte 139 Wh/kg 186Wh/kg 116 Wh/kg 137 Wh/kg

Lebensdauer 1.100 Ladezyklen 1.100 Ladezyklen 1.100 Ladezyklen 1.100 Ladezyklen

Preis 599,- € 699,- € 499.-€ 599,- €

IMPULSE | DIE BATTERIEN IM VERGLEICH



Einfaches Laden: kein Memory Effect keine Refresh Ladungen notwendig Nachladen nach 6 Monaten nötig Hohe Sicherheit: gegen Kurzschluß Überladung mechanische Beschädigungen Einfaches Lagern: bei ca.3/4 geladener Batterie und ca.10°C Schlafmodus Was sollten Sie beachten: Keine Tiefentladungen. Möglichst die Batterie nicht immer ganz leer fahren

Laden im richtigen Temperaturbereich. nicht über 35°C

Richtige Lagerung. ca. 50-70% geladen, kühl lagern

Diese Vorteile der Li- Ion Batterie sind nur durch ein intelligentes Batterie- Management möglich!


Batterietechnik | Lagern / Laden / Sicherheit


IMPULSE BATTERIE | Zellentechnologie

NCM Zelle: Chemikalie: Li Ni Co Mn Kapazität: 2,25 Ah Ladezyklen: 1100 (bis 60% Grenze 6,6Ah)

Alterung durch Lagerung: 4-5% von der ursprünglichen Kapazität NCA Zelle: Chemikalie: Li Ni Co Al O2

Kapazität: 3 Ah Ladezyklen: 1100 (bis 60% Grenze 9Ah)

Alterung durch Lagerung: 2% von der ursprünglichen Kapazität NCA Zelle: Chemikalie: Li Ni Co Al O2

Kapazität: 3,4 Ah Ladezyklen: 1100 (bis 60% Grenze 9Ah)

Alterung durch Lagerung: 1-2% von der ursprünglichen Kapazität



Impulse Panasonic ■ Spannung 36 V 26V ■ Kapazität 11 Ah 18Ah ■ Energyinhalt 396 Wh 468Wh ■ Gewicht 2,85 kg 3,1kg

BATTERIE | TECHNISCHE DATEN

Spannung = Volt (V) = Druck des Wassers Strom = Ampere (A) = Wasserstrom Kapazität = Amperestunde (Ah)= wie lange kann dieser Wasserstrom ausfließen bis der Tank leer ist Energieinhalt = Wattstunden (Wh) = wie lange kann ein Wasserstrom unter einem bestimmten Druck ausfließen



Serielle Schaltung (Reihenschaltung)

Zusammenschaltung von Zellen durch Verbindung von Plus- und Minuspol Erhöhung der Spannung der Batterie (bei gleichbleibender Kapazität)

+ -

Verdopplung der Spannung (Verdopplung des Höhenunterschieds) Kapazität (Wassermenge) unverändert

+

-

gegennamige Pole sind miteinander verbunden



Parallelschaltung

Zusammenschaltung gleichnamiger Pole mehrerer Zellen Erhöhung der Kapazität der Batterie (bei gleichbleibender Spannung) +

-

Verdopplung der Kapazität (Verdopplung der Wassermenge) Strom (Wasser) kann doppelt so lange fließen Spannung (Höhenunterschied) unverändert

gleichnamige Pole sind miteinander verbunden



NCR18650A

Panasonic-Zelle Trimix-Zelle: NCA (Nickel-Cobalt-Aluminumoxid) 3,6 V, 3100 mAh 10S5P

50 Zellen (10 seriell x 5 parallel)

parallele Schaltung Kapazitäten addieren sich: 5 x 3100 mAh = 15,5 Ah

serielle Schaltung: Spannungen addieren sich: 10 x 3,6 V = 36,0 V

Nennenergie Spannung x Kapazität = 558,0 Wh

Beispiel: 10S5P NCR18650A

1 2

3 4

5 1

2 3

4 5

6

8

7

9 10

IMPULSE BATTERIE | der Aufbau



50 Zellen | Typ 18650: 10 Zellen in Serie à 3,6V x 10 = 36 V 5 Zellen parallel à 2,25 Ah x 5 = 11,25 Ah 5 Zellen parallel à 3,40 Ah x 5 = 17,00Ah Daraus ergeben sich: 36 V x 11 Ah = 396 Wh 36 V x 15 Ah = 612 Wh

IMPULSE BATTERIE | DER AUFBAU

10 Zellen

5 Zellen



15

17

19

21

23

25

27

29

31

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Spannung [V] Restkapazität [Ah]

0,3

18

0

BATTERIE | Entladekurve 26V /18Ah



1.100 Ladezyklen oder 5-6 Jahre Nutzung

IMPULSE | LEBENSDAUER DER BATTERIE › Wie muss man sich die Änderung der Gesamtkapazität im Leben einer

Batterie vorstellen?

Rechenbeispiel Impulse 36 V | 11 Ah / 15Ah (basierend auf Software 62/ 2012):

■ Kapazität im Neuzustand 11 Ah 15Ah ■ 60% Grenze 6,6 Ah 9Ah ■ mittlere Kapazität 8,8 Ah 12Ah ■ mittlere Wattstunden 316 Wh 432Wh ■ mit 1.100 Zyklen 348.000 Wh 475.000Wh ■ durchschnittlich Fahrstrecke 70 km 96km (über die Batterielebensdauer)

Gesamt km 77.000 km 105.000km

Alterung der Batterie durch Lagerung: Ausgehend von dem Verlust der Gesamtkapazität / Jahr ■ 11Ah Batterie ca. 0,55Ah / Jahr ■ 15Ah Batterie ca. 0,3Ah / Jahr



E-BIKE VORTEILE | WIRTSCHAFTLICHKEIT

Impulse Impulse Original Panasonic Batterien

DCW Panasonic Batterie

11Ah 15Ah 10 Ah (Stand 2009)

12 Ah 18 Ah (Stand 2011)

Ladezyklen 1.100 1.100 500 1.100 1.100 mittlere Reichweite bis zur Verschleißgrenze (Impulse basierend auf Software 62/2012. Panasonic auf Pedelec 2012)

70 km 96 km 64 km 62 km 112 km

Reichweite Gesamt (bis 60% Verschleißgrenze)

77.000 km 105.000 km 32.000 km 68.000 km 123.000 km

Batteriepreis 699,- € 599,- € 500,- € 499,- € 599,- €

Anschaffungspreis pro km 0,9 Cent/km 0,6 Cent/km 1,6 Cent/km 0,7 Cent/km 0,5 Cent/km

Wie viel Energie wird zum Laden der Batterie benötigt? 0,4kWh 0,56 kWh 0,37 kWh 0,4 kWh 0,67 kWh

Kosten 1x Batterieladen ( 20 Cent/ kWh)

8 Cent 11 Cent 7 Cent 8 Cent 13 Cent

Aufladungskosten pro km 0,1 Cent/km 0,1 Cent/km 0,1 Cent/km 0,1 Cent/km 0,1 Cent/km

Gesamtkosten pro km 1 Cent/km 0,7 Cent/km 1,7 Cent/km 0,8 Cent/km 0,6Cent/km



E-BIKE TESTFAHRT | REICHWEITE

Impulse 11Ah

Impulse 15Ah

Panasonic 12 Ah Batterie

Panasonic 16 Ah Batterie

Reichweite maximal LOW; ECO / MIDDLE; SPORT 135/90 km 180/ 120km 120/ 80 km 155/ 105 km

Testbedingungen: Ebenes Gelände

Temperatur 20° C

Windgeschwindungkeit windstill

Ø Geschwindigkeit 22 km/h 22 km/h

Unterstützungsgrad ECO / Sport LOW / Middle

Gewicht 105 - 110 kg

(Basierend auf den Fahrprogrammen 2012)



IMPULSE | ServiceUnit

Information

Batterie

Designte Kapazität Max. Kapazität Restkapazität

Zyklenzahl Seriennummer

Software Nr. Hersteller

Motor Software

Motorlaufzeit Motorausführung

Händlerdisplay Software Speichern

Inspektion Rücktrittbremse Drehzahlsensor

Motor

Einstellungen

Motor Fahrprofile

(Nr.62,64,66) Radumfang

Händlerdisplay Spachen

Helligkeit Kontrast

Motor Update Händlerdisplay

Preis: 229€; Lieferbar an 03/2012


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