Jak zmniejszyć straty energii w naszych pojazdach?

Aktualnie dostępne akumulatory stanowią (w większości przypadków) "Achillesową piętę" naszych konstrukcji. Wszyscy z utęsknieniem wypatrujemy informacji o nowych odkryciach (wynalazkach, wdrożeniach i dostępności na rynku) w tej dziedzinie. Ciągle jest nam mało amperogodzin, ciągle za duży ciężar, zbyt krótka żywotność i zbyt niskie natężenia prądów (zarówno ładowania jak i rozładowania). O cenach już nie wspominając! My (a przynajmniej JA) zachowujemy się tutaj trochę jak ludzie ogarnięci "gorączką złota" :-)))
W najbliższym czasie nie należy się jednak spodziewać przełomu w tej dziedzinie i musimy sobie jakoś radzić z tym co mamy do dyspozycji.
Pytanie więc, w jaki sposób możemy zmniejszyć straty energii elektrycznej w naszych pojazdach? Ten problem był już poruszany przez niektórych kolegów niejako "przy okazji" innych tematów. Myślę jednak, że warto tym problemem zająć się bliżej i dokładniej. Poniżej przedstawiam moje rozmyślania na ten temat.

1) Mechanika

   a. Zmniejszenie wagi pojazdu
  
b. Zmniejszenie oporów toczenia
  
c. Odpowiedni dobór przekładni
  
d. Przeniesienie napędu

 2) Elektryka

   a. Zwiększenie napięcia
  
b. Zmniejszenie strat na kablach
  
c. Zmniejszenie strat na oświetleniu

 Teraz dokładniejsze omówienie powyższych problemów:

 1a. Jasnym jest, że im większa waga pojazdu, tym dla nas gorzej. To jak z otyłością. Łatwiej szczupłemu wyjść po schodach na piąte piętro i tłuścioch zasapie się bardziej.
Jeżeli ktoś wykorzystuje w swojej konstrukcji ramę typową (fabryczną) np. od roweru, to wiele się tu nie wymyśli. Inna sprawa, gdy ramę robimy sami. Ja osobiście zrezygnowałem ze stali na rzecz aluminium. Prawdopodobnie, gdybym mój pojazd wykonał z rurek stalowych, to ważyłby o kilkanaście kilogramów więcej. Warto oczywiście wiedzieć, że rurka o tej samej wytrzymałości mechanicznej wykonana ze stali waży mniej od rurki aluminiowej! Dotyczy to jednak optymalnie dobranej rurki (wysoka jakość stali, cienkościenna, a optymalnym profilu itp.). Zazwyczaj jednak używamy rurek typowych, dostępnych na rynku i wówczas lepiej chyba użyć aluminium.
Najlepiej ramę byłoby wykonać z kompozytów węglowych lub duraluminium, ale jedno i drugie jest drogie, trudno dostępne, a w dodatku bardzo trudna jest obróbka i łączenie elementów (nawet w Krakowie nikt nie spawa duraluminium).
Rama z aluminium ma jeszcze tę zaletę, że nie rdzewieje, choć z malowaniem jest więcej kłopotu (trzeba malować proszkowo).

 1b. Zmniejszenie oporów toczenia, to najczęściej mocne napompowanie dętek. Ze swojego doświadczenia wiem, że mocno napompowane dętki zmniejszają prędkość maksymalną o blisko 20%!!! Mocno napompowane dętki sprawiają jednak, że jazda staje się bardzo twarda. Dlatego warto mieć w pojeździe amortyzatory.
Warto też użyć porządnych łożysk i pamiętać o regularnym, dobrym smarowaniu wszystkich ruchomych elementów.
Trzeba też wiedzieć, że im szersza i wyżej profilowa opona, tym opory toczenia większe.
Nie wiem natomiast, jak to jest ze średnicą koła. W jaki sposób dobrać optymalną wielkość?

1c. Przekładnia jest - moim zdaniem konieczna. Ja wiem, że silnik elektryczny jest elastyczny itd., ale i tak uważam, że warto zainwestować w skrzynię biegów (albo coś, co pełni jej rolę).
W moim pojeździe użyłem przerzutki bębnowej Shimano-Nexus Inter 3, i jest to wprawdzie rozwiązanie niezłe, ale na pewno nie idealne.
Dla osób niezorientowanych wyjaśnię przy okazji, że zarówno 3-biegowa jak i 7-mio biegowa przerzutka Shimano-Nexus, mają taką samą różnicę przełożeń między I-szym a ostatnim biegiem i wynosi ona 184%. Przerzutka 7-mio biegowa ma tylko biegi rozłożone "gęściej"!
Różnica przełożeń 184%, jest zdecydowanie za mała w pojeździe wyposażonym w silnik elektryczny. Sądzę, że ta różnica powinna wynosić 400-800% dla 3-4 biegowej przekładni.
Wiem, że niektórzy koledzy używają typowych przerzutek rowerowych (zewnętrznych), jednak moim zdaniem to nie najlepszy pomysł. Głównie z tego powodu, że taka przerzutka nie daje możliwości "zrzucenia biegu" na postoju (np. po zatrzymaniu się na światłach).
Jeżeli macie pomysł na inną "skrzynię biegów", to proszę o informację.

 1d. Najczęstszym sposobem przeniesienia napędu z silnika jest u nas łańcuch. Kolega Dawid R. (o ile dobrze pamiętam) zwracał już uwagę na to, jak istotne jest jego prawidłowe naciągnięcie. To prawda. Źle naciągnięty (za luźny oraz za mocno napięty) łańcuch, to ogromna strata energii. W niektórych pojazdach łańcuchy są bardzo długie i bez automatycznego napinacza, prawidłowe naciągnięcie jest niemożliwe. Nawet w moim pojeździe (a ja mam łańcuch niewiele dłuższy niż w rowerze), to napięcie wyraźnie zmienia się wraz z różnicą temperatury otoczenia i podczas pracy (jazdy). Łańcuch jest poza tym głośny i wymaga regularnego smarowania.
Innym sposobem przeniesienia napędu jest przeniesienie cierne, bezpośrednio na oponę. To ma swoje zalety (prostota konstrukcji, niewielka waga, bezawaryjność), jednak opory - a więc i straty energii - są spore. Nie mówiąc już o szybkim niszczeniu opony.
Może więc wał kardana? Myślałem o tym, przyznaję, jednak z braku dostępnych "gotowych rozwiązań" nie zdecydowałem się na budowę tego systemu "od zera".
Są oczywiście silniki bezpośrednio wbudowane w koło, ale te nie dają (chyba) możliwości zmiany przekładni.

 2a. Choć ilość zużytej energii nie zależy bezpośrednio od napięcia, jednak przy wyższym napięciu mamy pewne zalety;

   -silnik jest mniejszy
  
-kable są cieńsze
  
-mniejsze są straty na ciepło

Jeżeli więc mamy dokonać wyboru, czy w naszym pojeździe zastosować 4 silniki 100W/12V, dwa silniki 200W/24V czy jeden silnik 400W/48V, to to ostatnie rozwiązanie będzie prawdopodobnie najkorzystniejsze.

 2b. Ten problem był już tu sygnalizowany, przypomnę więc jedynie, że przy naszych natężeniach prądu przekraczających (zazwyczaj sporo) 10A, im krótsze kable, tym lepiej. Być może któryś z kolegów mógłby policzyć (zmierzyć) ile zyskamy na skróceniu kabla prowadzącego do silnika z 40 do 20 cm jeżeli płynie nim prąd 10A o napięciu 36V? Chętnie bym się dowiedział.

 

2c. Chociaż oświetlenie nie pobiera zazwyczaj wiele prądu (w porównaniu do silnika), jednak i tu możemy nieco zaoszczędzić.
Problemu nie mają zazwyczaj ci, którzy mają instalację na 12 i 24V. Takie żarówki są dostępne.
Ja jednak mam instalację na 36V i z oświetleniem mam problem, gdyż o tym napięciu żarówek w Polsce po prostu nie ma!

Lampa przednia i tylna to lampy pracujące długotrwale (o ile ktoś-tak jak ja- jeździ stale na światłach) i mam w nich żarówki 24V z dodatkowymi (odpowiednio dobranymi) opornikami. Choć jest to tylko 15W (10W przód, i 5W tył), to dodatkowe oporniki powodują, że jest to znacznie więcej - prawdopodobnie 30W. To już sporo, bo aż 11.5% zużywanej energii. Lepszym więc rozwiązaniem byłoby połączenie lampy przedniej i tylnej szeregowo i zastosowanie trochę mocniejszych żarówek. Np. 15W przód i 10w tył. Te 30W pracowałoby na napięciu 18V, zamiast na napięciu 24V, co oznacza, że zużywałoby tylko 22.5W. Zysk więc istotny, a w dodatku znaczne zwiększenie żywotności żarówek. W przypadku lamp używanych chwilowo (a więc stopu oraz kierunkowskazów), nie ma to już większego znaczenia, a warto żarówki łączyć parami [migacz przedni i tylny oraz dwie żarówki w lampie stopu] tylko dlatego, że żarówki o wiele dłużej wytrzymują a konstrukcja jest łatwiejsza do wykonania niż z opornikami.

Pozdrawiam,
Jakub Waltoś (NocnyPtak)