Dettaglio su come realizzare una bici elettrica

realizzazione bici elettrica, dettaglio

in questo post vorrei spiegare cosa vi serve per realizzare una buona bici elettrica. Prima di tutto bisogna avere una bici da cui partire. In generale una qualsiasi bici può andar bene, ma a seconda del tipo di uso che ne faremo potrebbe essere preferibile avere una mountain bike. Diciamo che la bici da corsa è la meno adatta, di solito viene usata da chi vuole fare dei record di velocità (su youtube c'è un video di uno che ha toccato i 70km/h) ma è comunque poco sicura, perchè le ruote più fini danno minore stabilità e maggiore probabilità di forare. La city bike può andare bene, a patto di avere dei buoni freni, e può essere una buona scelta per i luoghi pianeggianti, nel qual caso è possibile usare un motore sul mozzo della ruota. Ma nel caso si viva in luoghi montuosi, è di gran lunga preferibile una mountain bike con freni a disco o v break. Rispetto alla bici tradizionale, qui non è fondamentale che la bici sia leggera, certo, se si è disposti a spendere si può anche prendere un telaio di titanio, ma una bici in acciaio di quelle economiche può andare benissimo. Per l'alluminio è necessario prestare attenzione alla lega, perchè non sono rari i casi di cricche sul telaio e di improvvise rotture, ma anche qui tutto dipende dal tipo di uso che si fa della bici, se per esempio si fanno solo strade asfaltate problemi non dovrebbero essercene. Io una delle bici elettriche l'ho fatta modificando una mountain bike di 30 anni fa... Vorrei poi dare qualche dritta in più per chi volesse fare qualcosa di qualità risparmiando. Ultimamente si sono molto diffuse le bici 29er, cioè quelle con ruote abbastanza grosse. Sono bici che pur dando l'impressione di essere grandi, possono essere usate anche da persone relativamente basse di statura, perchè il telaio è di dimensioni ridotte mentre risulta essere lunga la barra del sellino. Questo significa che è possibile abbassare di molto la sella. Questo tipo di bici costa di più perchè segue la moda attuale ed è poco adatto per fare una ebike, perchè c'è poco spazio per la batteria. In più, con la diffusione di queste bici si trovano bici tradizionali di alto livello a prezzi veramente bassi. Io per esempio ho trovato a 1000 € una mountain bike tutta in titanio, incluso il manubrio, con un sistema frenante shimano veramente possente e comodo (si può sostituire solo il gommino dei freni che costa meno di tutta la spazzola in pochi minuti ed ha le spazzole dei freni molto ben allineate con i cerchi). Abitando io vicino al mare traggo molto vantaggio dall'avere una bici in materiale che non arruginisce. Una certa importanza poi, nella scelta della bici, lo ha il tipo di movimento centrale che questa monta. Infatti alcune bici possono avere il movimento più grosso o più lungo, chiaramente faccio riferimento a bici particolari. Molte bici 29er montano movimenti con il buco nel telaio più grosso (per esempio il pf30 ha un diametro interno di 32 mm) o più lungo (le fat bike, quelle con le ruote più cicce, hanno la lunghezza di 100mm rispetto alle bici tradizionali che l'hanno di 68mm). Ciò detto, scelta che si è la bici, si deve decidere quale sia il kit che fa al caso nostro. Come dicevo prima, pure qui è necessario distinguere se si vive in zone dove i percorsi sono tutti pianeggianti, oppure se vi sono molti saliscendi. Nel primo caso, volendo risparmiare, si può acquistare un kit hub, cioè un kit con motore integrato nel mozzo della ruota. In pratica si sostituisce la ruota anteriore o posteriore con una avente un mozzo più grande, dentro il quale vi è il motore. Questa soluzione non è in generale adatta per i percorsi in salita perchè il motore non sfrutta il cambio eventualmente presente nella bici, ed ha quindi sempre lo stesso rapporto di trasmissione sia in salita che in pianura con conseguente scarso rendimento. Anche qui, avendo la possibilità di spendere, io consiglio sempre il motore centrale. Io di motori centrali ne ho provati diversi, e secondo la mia esperienza, il migliore è il BBSHD della bafang. Si tratta di un motore cinese abbastanza prestante, in grado di erogare fino a 1500w se alimentato a 48 volt. Risulta essere più resistente ai surriscaldamenti e meno soggetto a rotture. A questo proposito consiglio di curare molto bene il collegamento del motore alla batteria, perchè in caso di falsi contatti è facile guastare il motore a causa delle scariche elettriche che si generano. Peraltro per il BBSHD esistono adattatori per i diversi tipi di bici, cioè riuscite a montarlo anche sulle fatbike e sul pf30. Vorrei fare una precisazione riguardo le potenze dei motori. La legge europea stabilisce una potenza massima impiegabile di 250w, vieta l'uso dell'acceleratore, e impone il blocco del motore quando la velocità supera i 25km/h.
Quindi uno potrebbe chiedersi che senso potrebbe avere mettere un BBSHD da 1500w che sarebbe illegale... In realtà il motore può essere programmato per funzionare secondo la legge, cioè essere bloccato a 250w ed a 25km/h. Riguardo l'acceleratore semplicemente non lo montate. Ora vi chiederete perché mi permetto di consigliarvi una configurazione di questo tipo.. Per semplici ragioni costruttive.. Il BBSHD è un motore fatto molto bene e destinato a durare a lungo, ed essendo cinese (come d'altra parte è tutto ciò che usiamo oggi) usarlo ad una potenza inferiore non gli fa assolutamente male, considerato che i cinesi non usano i margini di sicurezza che usiamo noi, ovvero 1watt cinese equivale a 500mW europei... Anche qui, se volete risparmiare, potete acquistare il bbs02, un motore bafang che esiste pure da 250W, versione precedente del BBSHD. Questo motore rispetto al BBSHD ha alcuni inconvenienti che possono pure essere trascurabili per chi sia costretto al risparmio. Qui di seguito cercherò di spiegarveli.
1. Il bbs02 tende a scaldare di più. Ha meno superficie dissipante il calore ed ha meno mosfet di potenza al suo interno (questo inconveniente può essere trascurato nelle versioni da 250W)
2. il carter dal lato catena che protegge gli ingranaggi interni è di plastica, e tende a rompersi quando cade la catena, cosa che si verifica spesso quando si usa il rapporto più interno per le salite (parlo ovviamente di bici con il cambio)
3. L'offset della corona anteriore tende ad essere più esterno e questo causa appunto la caduta della catena quando si prendono delle buche e si è con il rapporto per la salita.
A causa di questi problemi il bbs02 costa molto meno del bbshd.
Oltre ai motori bafang, esistono altri tipi di motori, come per esempio il tongsheng. Io li ho provati, ma non li consiglio per le seguenti ragioni:
1. per il bafang si trovano tantissimi accessori e varie mod
2. il bafang è sul mercato oramai da tanto tempo ed è studiato meglio ed è più robusto.
Diciamo che il tongsheng è più leggero del bafang ma comunque si rompe più facilmente, in particolare ha un problema con un ingranaggio interno e con la frizione.
Con questo non voglio dire che il bafang bbshd non sia esente da problemi, ma sono problemi minimi.
Una cosa di cui ancora non ho parlato è la batteria... Forse molti di voi avranno pensato che comprando un kit si avrebbero avute tutte le parti indispensabili per realizzare la vostra ebike... In realtà non è così, perchè le batterie non possono essere spedite per via aerea, a causa dei rischi legati al terrorismo. Quindi se acquistate un kit con inclusa la batteria i tempi di spedizione si allungano tantissimo. Poi l'acquisto separato della batteria vi permette una maggiore personalizzazione.

come scegliere la batteria

ho voluto separare l'argomento batteria dal resto, perchè è una parte veramente critica nella realizzazione della ebike. Ci sono diversi fattori di cui tenere conto.

1. c'è un detto che recita: hai voluto la bici, adesso pedala! ma forse non tutti quelli che decidono di farsi la bici elettrica vogliono pedalare... A chi volesse pedalare di più consiglio una batteria più piccola. A volte magari si sceglie la bici elettrica solo per fare come nel mio caso, una salita ripida e corta sotto casa..

2. Si vuole usare la bici offroad (fuoristrada) in situazioni di salite e con percorrenze anche lunghe, meglio una batteria capiente

3.si abita in città ed è tutta pianura.. Se si fanno tanti km basta comunque una batteria di medie capacità

Veniamo alle cifre:

prima di tutto scegliamo la tensione. Le possibilità sono principalmente 3:

1. batteria a 36 volt (trascuro quelle a 24 volt perchè ci fai poco) Questa soluzione conviene a chi viaggia prevalentemente in pianura ed ha optato per il motore hub sulla ruota. Una capacità di 10ah potrebbe pure essere sufficiente, la potenza che se ne ricava è massimo 250w con una autonomia di almeno 50km

2. batteria da 48 volt. fornisce più potenza, sicuramente molto prestante, la capacità minima consigliata è di 10 ah ma andare sui 14 è sicuramente meglio. Se fate offroad spinto consiglio almeno 20ah. In questo caso l'autonomia può arrivare a 150km, ma ovviamente tutto dipende dal percorso.

3. batteria da 72 volt... si usa solo per sistemi custom che però sono illegali in europa, adatta quindi solo a circuiti privati, e per motori da 3kw.

La batteria è comunque la cosa più costosa, ammesso che non si vogliano usare batterie al piombo...

Forse per chi va solo in pianura la batteria al piombo potrebbe essere una soluzione molto economica, ma sinceramente la sconsiglio.

A questo proposito vorrei chiarire che nessuna delle bici attualmente in commercio permette di ricaricare le batterie sfruttando le discese o la forza del ciclista. Qualcuno ha provato a realizzare bici a pannelli solari, ma è molto pericoloso in caso di incidenti e poi il rendimento dei pannelli è basso.

 Certo sarebbe bello fare lunghe escursioni ricaricandosi la bici con il sole, ma per ora non è conveniente.

Siccome la batteria viene fornita praticamente sempre a parte rispetto al motore, è importante sapere come poi effettuare il collegamento.  Il caricabatterie non preoccupatevi, è praticamente sempre fornito con la batteria. A questo proposito vi dico che sono da consigliare quelli lenti perchè la batteria dura di più, e poi comunque in un giorno raramente la scaricate del tutto, e quindi poi avreste tutta la notte...

come collegare la batteria

le batterie delle ebike vengono fornite di solito con un telaietto per il fissaggio, il quale permette attraverso una chiave di poter togliere la batteria. di conseguenza i collegamenti vanno fatti sul telaietto prima di montarlo alla bici. Se siete fortunati, ci saranno già due fili che usciranno dal sistema della batteria, uno rosso ed uno nero, verificate con un tester che dal rosso escano i volt corrispondenti al tipo di batteria. Le tensioni saranno sempre diverse da quelle dichiarate come nominali, per esempio una batteria da 48 volt in realtà se pienamente carica, erogherà 54,6 volt mentre quella da 36 volt sarà 42 volt.

Quindi prendete il vostro tester e misurate. Se il rosso è il positivo, come deve essere, sarà sufficiente collegarlo al filo rosso del motore, e collegare il filo nero della batteria a l filo nero del motore.

Le batterie al litio hanno tutte al loro interno un circuito molto importante, denominato BMS. Questo circuito sarebbe il battery manager system, ovvero un sistema di controllo della salute della batteria. Il suo scopo è quello di verificare lo stato di carica dei singoli elementi al litio che compongono il pacco, per evitare che alcuni elementi si scarichino o si carichino di più degli altri.

Le batterie agli ioni di litio infatti si danneggiano se scaricate al di sotto di un certo valore, che di solito è 2,6 volt, o se caricate al di sopra di 4,2 volt. Ora la batteria della bici, dovendo generare una tensione alta, ha al suo interno diversi elementi al litio in serie. Per esempio in una batteria da 54,6 volt ci sono 13 elementi in seire. Durante l'uso, siccome gli elementi non saranno mai tutti identici, può succedere che alcuni di essi si scarichino prima, e questo potrebbe portare ad avere elementi al di sotto dei 2,6 volt. Tale situazione è pericolosa, perchè può portare all'esplosione del singolo elemento o al suo cortocircuito. Il BMS allora controlla che ciò non si verifichi bloccando l'uso di tutto il pacco batteria quando dovesse esserci al suo interno un elemento troppo scarico.Lo stesso problema può verificarsi durante la carica, quando un elemento potrebbe caricarsi più in fretta e raggiungere valori superiori a 4,2 volt. In questo caso il BMS non interrompe la carica di tutta la batteria ma solo dell'elemento che ha già raggiunto la massima tensione.

Da quanto sopra esposto si capisce che è molto importante che una batteria sia costituita da tutti elementi il più possibile simili tra loro. Ora quando comprate una batteria già realizzata tutti questi problemi non dovrebbero preoccuparvi, ma se volendo risparmiare decidete di farvi voi la vostra batteria , è necessario stare attenti a come si accoppiano gli elementi. Una soluzione molto economica per fare una batteria potrebbe essere quella di usare elementi di recupero, per esempio tolti da vecchie batterie di computer portatili. Infatti molti laptop hanno magari un solo elemento rotto nel pacco batteria ed il BMS blocca tutto, ma se siete in grado di testare le capacità delle altre batterie potreste recuperarle. il risparmio potrebbe essere notevole ma c'è molto lavoro e bisogna essere accorti per evitare di saltare per aria, questo mentre si fanno i collegamenti, nel caso si creassero inavvertitamente dei cortocircuiti. Scatole vuote e BMS per farvi la vostra batteria li trovate su ebay.

Torniamo al collegamento batteria motore. Se il vostro sistema non ha i classici fili rosso e nero che escono, dovrete smontare il telaio della batteria e saldare i fili all'interno. Purtroppo questo tipo di operazione non sempre è semplice perchè dentro troverete 3 o 4 contatti, e capire quali siano quelli giusti può essere complicato. il modo migliore di procedere è di armarsi di tester e provare a misurare tra quali coppie di contatti è presente la tensione più alta. Infatti se avete 3 contatti, sicuramente uno è il negativo comune, uno il positivo della batteria e l'altro il positivo per ricaricare la batteria.

Se ci fossero 4 contatti, verificate che non ce ne siano 2 collegati assieme nel momento che la batteria è inserita nel suo supporto. A volte questi contatti possono servire proprio per comunicare al sistema quando la batteria è rimossa.

come acquistare la batteria

io personalmente per l'acquisto della batteria suggerirei di andare su ebay. I venditori sono tutti cinesi, ma alcuni hanno il deposito in UK o germania, e quindi pur avendo prezzi più alti non pagherete le spese doganali ed avrete una consegna più rapida. Però comunque aspettatevi sempre tempi di consegna superiori al mese, perchè le batterie viaggiano sempre via terra. Importante poi che compriate da venditori con feedback superiore al 99,5% e leggete i feedback negativi. Sicuramente molti negativi sono legati ai tempi di consegna lunghi. Esistono pure canali veloci per avere le batterie, per esempio potete acquistarle direttamente in Italia, ma il prezzo sarà molto più alto. Io ho acquistato una batteria da 15 AH e 48 volt a 300€ su ebay, semplicemente perchè era un formato particolare per una bici specifica. Per poter usare quella batteria ho dovuto realizzare un sistema di fissaggio al telaio. Se non volete problemi nel montaggio, per una batteria di quel tipo aspettatevi di spendere sui 400€ con spedizione.

assemblaggio

Per mettere insieme il tutto saranno necessari alcuni attrezzi e materiali, ma tutte cose abbastanza economiche. Sicuramente vi consiglio di comprare delle fascette nere, visto che tutti i cavi sono neri...

Poi vi serviranno delle chiavi a brugola, la chiave per smontare il movimento centrale della vostra bici (nella maggior parte dei casi è una chiave shimano, ma alcuni movimenti si smontano con una brugola, ed altri con una chiave del 36 ed una pinza).

Io quando ho fatto il lavoro sulla bici di 30 anni fa ho avuto problemi con i bulloni delle pedivelle dei pedali, che erano di una misura non standard ed in più dentro un buco, alla fine ho dovuto limare una chiave a tubo.

Da ultimo serve la chiave per fissare il movimento. C'è una certa possibilità di scelta per questa chiave, io la avevo presa da un sito americano ma poi l'ho dovuta modificare perché aveva una scritta incisa che la indeboliva e quando stringevo si deformava. Per stringere bene io ho legato la chiave ad un tubo usando 2 fascette in acciaio. In più ho comprato una seconda ghiera di fissaggio da mettere per evitare che pedalando si smolli. Ho messo pure una barra che ho trovato sempre sul sito americano.

La prima cosa che vi conviene  montare è il motore. Questo perchè così potrete regolare bene la lunghezza di tutti i cavi. Poi consiglio di creare dei passaggi peri cavi in modo che possano essere fissati al meglio con le fascette. Di solito conviene far passare il cavo principale di fianco alla batteria.
La cosa più importante è lasciare libero del cavo vicino al manubrio in modo che questo possa girare senza tirare o strappare delle connessioni. Per montare al meglio il display consiglio di salire sulla bici per capire meglio quale sia la migliore inclinazione.
Un'altra cosa importante è quella di evitare di disconnettere e riconnettere i vari connettori, perchè si rompono facilmente.

Alcune considerazioni sul cambio

Quando si monta un motore centrale ad una bici, è necessario eliminare il cambio anteriore. Questo è un consiglio ma anche un obbligo, perchè nonostante si trovino in commercio adattatori per montare doppie o triple corone direttamente sul motore, queste in realtà non potranno mai essere usate con il cambio perchè il motore tende ad essere più esterno rispetto alle corone originali montate direttamente sul perno standard della bici. Di conseguenza nessun cambio riuscirebbe a far ingranare le corone più esterne. Peraltro il BBSHD ha una corona anteriore studiata apposta per correggere l'offset ed allineare meglio la catena al cambio posteriore, che non conviene sostituire se non con apposite corone, che comunque non prevedono il cambio. La migliore soluzione è lasciare solo il cambio posteriore. Io ho ottenuto buoni risultati sostituendo la corona anteriore con una leggera in alluminio da 42 denti, avente un offset ottimale. La corona originale venduta con il BBSHD è abbastanza massiccia e pesante ed ha 46 denti che per le salite sono pure troppi.

Un'altra modifica che ho fatto è stata quella di mettere sul mozzo posteriore un pignone 12- 42 denti, con sempre 8 rapporti. Questo mi ha permesso di avere buoni rapporti di riduzione per le salite, pur non avendo il cambio anteriore. In alcuni casi, per montare un rapporto posteriore da 42 denti può essere necessario mettere una forcella prolunga all'attacco del cambio perchè se no potrebbe succedere che l'ingranaggio più interno del cambio vada a contatto con il pignone da 42. La lunghezza della catena se usate una corona anteriore da 42 denti, dovrebbe essere sufficiente ad ingranare il pignone da 42 posteriore. Un consiglio che do è di evitare di sviluppare con il motore troppa potenza quando si usa il pignone da 12 (o da 11) perchè questo potrebbe causare la rottura del pignone.