Batteriebetriebene Elektro-Motorräder

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Wenn Sie mit Neal Sakai sprechen, der Zero Motorcycles begann schwer, seine Begeisterung für elektrisches Motorradfahren nicht zu fassen. Verbrennungsmotoren, betont er gerne, sind weniger als 30 Prozent effizient. Elektrischer Betrieb - wo Verluste im Fahrzeug bis zu 10 Prozent gehalten werden können - ist die bessere Antwort. Bringen Sie das Problem der begrenzten Reichweite auf aktuellen Elektrofahrrädern zur Sprache und winkt als vorübergehende Phase ab. "Sie werden schneller aufgeladen und haben schneller mehr Energie pro Zelle. In den nächsten paar Jahren werden wir Motorräder mit einer Reichweite von einigen hundert Meilen haben. Sie müssen sie nicht jeden Tag aufladen, nur einmal pro Woche oder zweimal. Die Batteriefirmen kümmern sich um die Probleme. "

Bill Dube, die energische und kreative Kraft hinter dem erfolgreichsten und Rekord-Elektro-Drag-Racing-Motorrad, würde zustimmen. Er läuft routinemäßig seinen Killacycle über die Viertelmeile in der 7,8- bis 8,0-Sekunden-Bereich, mit einer 0 bis 60 Zeit von 1 Sekunde und Terminal Geschwindigkeiten so hoch wie 175 Meilen pro Stunde, alles auf ein paar Cent Strom pro Lauf. "Ein Elektroauto könnte das schnellste Ding da draußen sein", sagt er. "Die Batterien werden es unterstützen. Wir haben einfach nicht die Motoren für die Anwendung. "

Wie Sie beginnen, in der Elektrofahrzeug-Welt herumzuhängen, ist das ein allgemeines Thema - fast alle Teile, die für elektrische Motorräder und Rennautos verwendet werden, waren ursprünglich dafür gedacht etwas anderes. Niemand hat bisher einen dedizierten, optimierten Serienmotor für ein elektrisches Fahrrad gebaut - oder einen leichtgewichtigen, kurz abgesicherten 5000-PS-Motor, der perfekt für Top-Fuel-Autos geeignet wäre.

Killacycle

Bill Dubes Killacycle ist vielleicht das beste Beispiel für die Art von Leistung, die von E-Bikes für kurze Strecken erreicht werden kann: 7,8 Sekunden und 175 Meilen pro Stunde in einer Viertel-Meile. Es verwendet leistungsstarke A123 26650-Zellen, die ursprünglich für 36-Volt-Akku-Geräte von DeWalt entwickelt wurden; es braucht 1210 von ihnen, um die 200-Pfund-Packung im aktuellen Killacycle zu bilden.

Aber die Batterien machen Fortschritte. Dube, gesponsert von A123 Systems mit Sitz in Boston, einem Spezialisten für Hochleistungszellen, hat von seinem Firmengründer ein Geschenk erhalten: eine kleine Palette von A123s äußerst limitierten Formel-1-Batteriezellen, die für die kinetische Energierückgewinnung F1 vorgesehen sind Systeme (KERS), wenn solche Dinge erlaubt waren. Sie sind die Zellen mit der höchsten Energie auf dem Planeten, die nicht in einem Labor eingeschlossen sind, und eine 50-Pfund-Packung von ihnen wird bereitwillig den 550-HP-so unterstützen, den sein warm-rodded Industriemotor auf der Dragster. Mit ihrer Hilfe will Dube 150 Pfund vom Killacycle nehmen und seinen kürzlich verlorenen Titel wiedererlangen: Besitzer und Fahrer des schnellsten Elektro-Motorrads der Welt. Die ganze Zeit glaubt er, dass es nur ein Mangel an Ressourcen ist, der ihn daran hindert, das Adjektiv "elektrisch" in diesem Satz wegzulassen.

Mit all diesem Optimismus und demonstrierter Leistung, um zu verhindern, dass Elektrofahrräder die Kontrolle übernehmen ? Nun, da sind die kleinen Probleme mit der Reichweite und Ladezeit. Viele benzinbetriebene Fahrräder fahren 150 bis 200 Meilen mit einem Tank voll, und das Auffüllen dieser fünf Gallonen dauert vielleicht fünf Minuten. Neuere Elektrofahrräder, wie die von Zero oder Brammo, haben beide eine begrenzte Leistung (Höchstgeschwindigkeiten von weniger als 70 mph) und eine begrenzte Reichweite. Ein begeisterter Fahrer könnte einen Brammo Enertia der ersten Generation auf einen Betriebsbereich von 20 Meilen bringen und Zeros sind nur geringfügig besser. Außerdem wird eine Nachfüllung für beide nicht in Minuten, sondern in mehreren Stunden gemessen. Beide Unternehmen bieten neue Bikes mit mehr Geschwindigkeit und mehr Reichweite.

Aber das Problem mit E-Bikes ist klar: Sie bieten hervorragende Leistungsmöglichkeiten, wie der Killacycle und die neuen elektrischen Rennwagen wie der MotoCzysz E1PC oder die Chip Yates zeigen SWIGZ Elektro-Racer, aber mit sehr begrenzter Reichweite und langsamer Wiederaufladung. Um die Natur dieses Dilemmas zu verstehen, ist es notwendig, sich auf einen Highschool-Physikkurs zurückzuziehen und den Unterschied zwischen Kraft und Energie zu betrachten.

Zero Motorcycles

Das 2011er Zero S Straßenmodell verfügt über einen 4,5 kWh Lithium-Ionen-Akku, der für eine Reichweite von 45 Meilen in der Vorstadt geeignet ist. Das Paket, das auch im neuen Zero MX-Modell verwendet wird, ist mit patentierten Verbindungen zwischen Zellen verbunden, die es ermöglichen, die Art von starken Einwirkungen zu überstehen, die ein Offroad-Bike erleben kann.

Energie wird verwendet bei der Arbeit. Es braucht eine bestimmte Menge an Energie, um ein Pfund Wasser um 100 Grad zu erwärmen oder eine Stunde lang mit 70 Meilen pro Stunde zu fahren, um den Windwiderstand zu bekämpfen und den ganzen Weg über den Wind zu ziehen. Motorradfahrer denken normalerweise nicht viel darüber nach, denn mit Benzin haben sie fast immer genug. Wenn Sie anfangen zu laufen, finden Sie nur eine Gaspumpe. Man könnte leicht an Energie denken, die der Menge Geld ähnelt, die man auf seinem Bankkonto hat: Genauso wie mit Energie, braucht es eine gewisse Menge Geld, um bestimmte Dinge zu tun.

Macht ist etwas anderes; Es ist die Rate, mit der du Energie nutzen kannst. Habe genug Kraft und du kannst schnell beschleunigen und sehr schnell gehen; habe genug Geld und du kannst die Maschinen kaufen, die dir das ermöglichen. Ein Low-Power-Motor ist wie eine ATM / Kreditkarte mit einem sehr niedrigen Limit: Sie können eine Menge Geld bei der Bank haben ( dh , Kraftstoff im Tank), aber wenn Sie nur zurückziehen können $ 20 pro Tag, Sie werden nicht die gleichen Möglichkeiten haben - für besser oder schlechter - als wenn Sie alles schneller bekommen könnten. Umgekehrt ist viel Energie mit wenig Energie, als wäre man in Vegas mit einer No-Limit-Bankkarte, aber nur 200 Dollar auf der Bank: Du wirst bald am Straßenrand stehen, mit dem Daumen nach draußen.

Elektrisch Fahrzeuge arbeiten nach denselben Prinzipien, aber anders. In einem Elektrofahrzeug sind die Batterien die Energiespeicher, kein brennbarer Treibstoff. Die Batterien setzen Energie durch eine reversible chemische Reaktion als Elektrizität frei, die einen Elektromotor direkt antreiben kann. Aber das Design und die Größe einer Batterie setzen sowohl der Energie als auch der Geschwindigkeit, mit der sie freigesetzt werden kann, Grenzen - das heißt, Batterien sind sowohl strom- als auch energiebegrenzt. Im Allgemeinen sind die Motoren von Elektrofahrzeugen an die von den Batterien vorgegebenen Grenzen angepasst; es macht keinen Sinn, einen 100-PS-Motor zu haben, wenn die Batterien den Strom nicht schnell genug abgeben können, um diese Leistung zu erreichen.

Bei Elektrofahrzeugen, und insbesondere in Bezug auf die Batterie, wird die Leistung fast immer in Kilowatt ausgedrückt. keine PS. Es ist jedoch nur eine Änderung der Einheit, da 1 Kilowatt 1,34 PS entspricht. Und wenn es um Elektrizität geht, wird Energie im Allgemeinen in Kilowattstunden oder kWh ausgedrückt, anstatt in PS-Stunden. Der Sinn von all dem ist, dass wir dieselben Einheiten verwenden können, um Batterien und Benzin zu vergleichen.

Mission Motors

Der neueste Mission R Renner beweist, dass Elektrofahrräder nicht komisch aussehen müssen. Das Chassis wurde mit Hilfe des RADD-Designers James Parker konzipiert und ist um einen 14,4 kWh-Akku und einen 141-PS-AC-Motor gepackt. Seine breite Drehmomentverteilung erlaubt es, ein Ein-Geschwindigkeitgetriebe zu haben, und es ist in der Lage, sagt Missions Motoren, von einem Halt zu 160 Meilen pro Stunde zu beschleunigen, ohne seinen Fahrer entweder Gangschaltung oder Kupplung zu betätigen.

Es stellt sich heraus Benzin ist sehr energisch, in der Tat. Eine einzige Gallone Benzin kann, wenn sie mit dem in der Luft frei verfügbaren Sauerstoff verbrannt wird, 36 kWh Energie in Form von Wärme freisetzen. Da Verbrennungsmotoren diese Wärme aber nicht besonders effizient in Arbeit umwandeln können, sind vielleicht nur 6,7 kWh davon tatsächlich nutzbar. Gemessen am Gewicht statt am Volumen, ist Benzin, das mit einem typischen Motor zu Energie aufbereitet wird, gut für etwa 2,3 kWh pro Kilogramm (und wir verwenden hier die Metrik, weil fast niemand in anderen Einheiten über batteriespezifische Energie spricht als kW-h / kg).

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Die schlechte Nachricht über Batterien ist, dass sie im Vergleich zu Benzin fast keine Energie mehr haben. Bleibatterien mit 0,04 kWh / kg sind erbärmlich; in Bezug auf die Reichweite, würde fast 370 Pfund Blei-Säure-Batterien benötigt, um zu passen, was ein Motor mit einer Gallone Benzin tun kann. Nur wenn man an die neuesten Lithium-Ionen-Batterien kommt, ein Batterietyp, der erst seit etwa 15 Jahren im Handel ist, wird es viel besser, und selbst dann ist es nur eine Frage des Grades. Es braucht 60 Pfund der neuesten, größten und teuersten Lithium-Ionen-Zellen, um das zu erreichen, was eine Gallone (6 Pfund) Benzin machen kann. Und in einem tatsächlichen Motorrad müssen diese Zellen eingeschlossen, geschützt, durch zusätzliche Elektronik überwacht werden und einige Aufmerksamkeit auf die Kontrolle ihrer Temperatur gelegt werden. Die Hardware, die dazu benötigt wird, erhöht das Packungsgewicht um 10 bis 20 Prozent.

Darüber hinaus haben Lithium-Ionen-Zellen, seit sie zum ersten Mal im Handel erhältlich sind, an Energiedichte gewonnen. Der Anstieg ist linear und nicht außergewöhnlich schnell. Es wird noch lange dauern, bis die Batterien die spezifische Energie des Benzins erreichen. Das wird mit ziemlicher Sicherheit einen Schritt nach oben erfordern, mit einem unvorhersehbaren Durchbruch, um eine exotische Zellchemie anderswo als an Theorien arbeiten zu lassen.

Warum Elektrofahrzeuge vorher nicht passierten, waren die Kosten. Bis vor kurzem galt als Faustregel, dass ein kompletter Lithium-Ionen-Akkupack für ein Fahrzeug etwa 1000 Dollar pro kWh kostet. Das hätte eine Packung platziert, die der nutzbaren Energie in einer Gallone Benzin nördlich von $ 6000 entspricht - und das sind die Kosten des Herstellers. Es hätte $ 12.000 zum Aufkleberpreis addiert, und wenn der Hersteller einen ungewöhnlich schweren Rabatt nicht angeboten hätte, würde ein Ersatzpaket für ungefähr $ 20.000 im Einzelhandel gewesen sein.

Chip Yates

Das neueste elektrische Motorrad, das die Nachrichten macht, ist der Chip Yates / SWIGZ-Rennrad, das in einem Club-Rennen gegen Open-Class-Superbikes das Podium erklomm. Mit einem 11 kWh Akku-Pack und einem 190 PS starken Elektromotor kann er die Ducati 1198s auf Club-Niveau beschleunigen und überholen, aber nicht lange: Die Reichweite beträgt maximal 25 Meilen. Es sieht auch aus wie das Produkt eines verrückten Erfinders in einer privaten Garage.

Glücklicherweise hat die gesamte Unterhaltungselektronikindustrie, auch wenn die Autohersteller begonnen haben, sich in gewissem Maße zu elektrifizieren, mit Lithium-Ionen-Batterien, die in jedem Standard Standard sind, geschlagen Laptop-Computer und Handy gemacht. Die daraus resultierenden Volumensteigerungen haben die Preise gesenkt; Die laufenden Kosten sind vielleicht halb so hoch wie vorher und fallen immer noch. Tatsächlich ist die ubiquitäre 18650-Zelle (18 mm Durchmesser, 65 mm lang, nur etwas größer als ein AA-Alkaline), die in den meisten Windows-Laptop-Computern zu finden ist, auf den Punkt gefallen, wenn Sie nicht auf dem neuesten Stand sind Energiekapazität in jeder Zelle, könnte ein Hersteller eine Packung von diesen zusammen für etwa $ 350 pro kW-h zusammenstellen.

Seltsamerweise, wie General Motors die Lithium-Ionen-Akku-Pack-Preise für das Volt und seine anderen Hybriden nach unten treiben will Mit großformatigen prismatischen Zellen, die den Bau von Verpackungen vereinfachen werden, fährt das kalifornische Start-up Tesla die Lernkurve der Verbraucherelektronik und baut seine rein elektrischen Autos um Batterien herum, die buchstäblich aus Tausenden dieser winzigen 18650-Zellen bestehen. Sein nächstes Auto, die Tesla S Limousine, kann tatsächlich 8000 Zellen in seinem optionalen Hochleistungsakku verwenden.

Warum? Denn Tesla rechnet damit, 2012 bis zu 200 US-Dollar pro kWh zur Verfügung stellen zu können. Dabei sollen die Zellen, die jedes Batteriehersteller der Welt zu produzieren scheint, die Konkurrenz die Preise schneller senken als der scheinbar rationale GM-Ansatz. Sowohl Toyota als auch Panasonic, ein bedeutender Lieferant von Lithium-Ionen-Zellen, haben in Tesla investiert. Die Firma versucht, das Reichweitenproblem mit Brachialgewalt zu lösen: die Batteriekosten niedrig genug zu halten, damit man sich eine wirklich große und schwere Batterie leisten kann.

Tatsächlich ist der Forschungsaufwand für die Batterietechnologie derzeit beispiellos Elektrofahrzeuge sind wegen einiger der Ergebnisse interessant. Erinnern Sie sich früher, als wir sagten, dass Batterien sowohl hinsichtlich der Leistung als auch der Energiekapazität begrenzt sind? Nun, es ist möglich, für das eine oder das andere zu optimieren, also gibt es sowohl "Power" -Zellen als auch "Energy" -Zellen. Der amerikanische Batteriehersteller A123 hat sich auf die erste Batterie spezialisiert, und seine Zellen haben weniger als die Hälfte der Energie der Zellen mit der höchsten Energie der Konkurrenz und eine außergewöhnliche Leistung von bis zu 20 kW / kg (12 PS / lb) seine Formel-1-Zellen.

Brammo Enertia

Brammos erstes Bike, der Enertia, hat einen 3,1 kWh-Akku und wird seinen Fahrer etwas mehr als 30 Meilen tragen, bevor er eine Ladung benötigt.

So lange Sie sind bereit, mit einer Energiemenge von einem Liter Benzin zu leben, es ist möglich, einen kompletten elektrischen Antriebsstrang - Motor, Controller und Batteriepack - zusammenzustellen, der entweder dem Gewicht von Sportbikes und Rennmotoren entspricht oder nur etwas schwerer ist. Versuchen Sie jedoch, fünf Gallonen zusammenzubringen, und die kompletten powertrains werden schweinisch schwer. Darüber hinaus können die Stromzellen besonders schnell aufgeladen werden - vorausgesetzt, Sie haben mehrere tausend Dollar dafür ausgegeben, ein 220-Volt-Hochraten-Ladegerät in Ihrer Garage zu installieren. Eine standardmäßige 120-Volt-Steckdose ist auf 1,5 kW begrenzt, wodurch ein Hochleistungs-Home-Circuit für schnelle Aufladungen unerlässlich ist.

Aber was bedeutet das für Elektro-Motorräder? In naher Zukunft wird es einen komplizierten Kompromiss zwischen Macht, Reichweite und Kosten geben. Wenn ein Hersteller einen relativ großen Akku auswählt, steigen Preis, Gewicht und Reichweite, insbesondere wenn Leistung und Leistung relativ bescheiden geblieben sind.

Dies wird wahrscheinlich die Strategie von Brammo und Zero für den Pendler- und Offroad-Einsatz sein Modelle. Für ultimative Leistung können leistungsstarke elektrische Fahrräder, die wie Bimotas (oder mehr) preislich sind, bald mit oder sogar noch besser mit Verbrennungsmotoren betriebenen Sportbikes sogar auf der Rennstrecke hängen, aber nur für Minuten; die mit der größeren Reichweite werden zu schwer sein. In den nächsten Jahren dürften die Elektro-Straßenrenner einige beeindruckende Rundenzeiten einfahren. aber es wird nur für Rennlängen sein, die viel kürzer sind als ein 50-Meilen-AMA-Superbike-Rennen oder ein 45-Minuten-MotoGP-Rennen, zumindest bis sich die Batterien soweit verbessern, dass ein 35- oder 40-kW-h-Pack Teil einer 375 werden kann Motorrad.

Die interessantesten Anwendungen der Elektrifizierung sind Fahrräder, die bereits winzige Benzintanks wie Motocross oder Trials haben und die nur einen kleinen Teil ihrer Zeit mit voller Leistung verbringen. Mit nur den erwarteten Verbesserungen der Batterieleistung sollte es in den nächsten Jahren möglich sein, einen extrem konkurrenzfähigen elektrischen Motocrosser zu bauen, der in der Lage ist, 20-Minuten-Motorräder zu absolvieren und zwischen den Vorläufen wieder aufgeladen zu werden. Dies sollte völlig neue Möglichkeiten für stille Urban-Motocross-Parcours auf Freiflächen in Industriegebieten eröffnen. Und Drag Racing mit seiner definierten Viertelstunden-Pendelstrecke ist ideal für Anwendungen mit hoher Leistung und geringer Energie.

Aber was elektrische Motorräder wirklich ausmacht oder unterbricht, ist, wie aktuelle Motorradfahrer darauf reagieren. Mit lückenloser Leistung, ohne Schaltvorgänge und lautesten Motorengeräuschen und dem ärgerlichen Summen einer Kette (nicht mehr durch Abgasschall abgedeckt) kann es einfach sein, dass Elektro-Motorräder nicht so einnehmend sind wie Verbrennungsmotoren.

Nur Zeit und Geschmack sagen das.

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