Motocicli Elettrici Alimentati A Batteria

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Se parli con Neal Sakai, l'uomo che ha iniziato Zero Motorcycles, è difficile non catturare il suo entusiasmo per il motociclismo elettrico. I motori a combustione interna, gli piace sottolineare, sono meno efficienti del 30 percento. L'operazione elettrica, dove le perdite nel veicolo possono essere mantenute a un minimo del 10 percento, è la risposta migliore. Affronta il problema del raggio d'azione limitato sulle attuali biciclette elettriche, e lui lo saluta come una fase passeggera. "Stanno diventando più veloci per ricaricare e più veloce per avere più energia per cella. Nei prossimi due anni avremo motociclette con un raggio di duecento miglia. Non dovrai caricarli tutti i giorni, solo una volta alla settimana o due volte. Le aziende di batterie si stanno occupando dei problemi. "

Bill Dube, la forza energetica e creativa dietro la motocicletta da corsa elettrica di maggior successo e record-setting sarebbe d'accordo. Gestisce abitualmente il suo Killacycle attraverso il quarto di miglio nell'intervallo da 7,8 a 8,0 secondi, con un tempo da 0 a 60 di 1 secondo e velocità terminale fino a 175 mph, il tutto con pochi centesimi di elettricità per corsa. "Un veicolo elettrico potrebbe essere la cosa più rapida là fuori", dice. "Le batterie lo supporteranno. Semplicemente non abbiamo i motori progettati per l'applicazione. "

Quando inizi a uscire nel mondo dei veicoli elettrici, questo è un tema comune: quasi tutte le parti utilizzate per le motociclette elettriche e le auto da corsa sono state originariamente progettate per qualcos'altro. Nessuno ha ancora costruito un motore di produzione dedicato e ottimizzato per una bici elettrica o un motore leggero, corto e fusibile da 5000 cavalli che sarebbe perfetto per correre contro le auto Top Fuel.

Killacycle

Killacycle di Bill Dube è forse il miglior esempio del tipo di prestazione che può essere ottenuto da bici elettriche per brevi distanze: 7,8 secondi e 175 mph in un quarto di miglio. Utilizza celle A123 26650 ad alta potenza originariamente progettate per utensili cordless DeWalt da 36 volt; ne occorrono 1210 per recuperare il pacchetto da 200 libbre nell'attuale Killacycle.

Ma le batterie stanno procedendo. Dube, sponsorizzato dalla A123 Systems di Boston, specialista in celle ad alta potenza, è stata premiata dal suo benefattore aziendale: un piccolo pallet di celle di batteria Formula 1 a produzione estremamente limitata di A123, destinate all'uso nel recupero dell'energia cinetica F1 sistemi (KERS) quando tali cose erano permesse. Sono le celle più potenti del pianeta che non sono bloccate in un laboratorio, e un pacchetto da 50 libbre supporterà prontamente il 550-hp-or-così il suo motore industriale a razzo caldo è in grado di dragstrip. Con il loro aiuto, Dube ha in programma di prendere 150 libbre dal Killacycle e recuperare il suo recente titolo perduto: proprietario e pilota della motocicletta elettrica più veloce del pianeta. Per tutto il tempo, crede che sia solo una mancanza di risorse che gli impediscono di omettere l'aggettivo "elettrico" in quella frase.

Con tutto questo ottimismo, e prestazioni dimostrate per l'avvio, che cosa impedisce alle bici elettriche di prendere in consegna ? Bene, ci sono i piccoli problemi di intervallo e tempo di ricarica. Molte moto a benzina andranno da 150 a 200 miglia su un serbatoio di carburante e il rifornimento di quei cinque litri potrebbe richiedere tutti i cinque minuti. Le recenti bici elettriche, come quelle prodotte da Zero o Brammo, hanno entrambe prestazioni limitate (velocità massime inferiori a 70 miglia orarie) e autonomia limitata. Un pilota entusiasta potrebbe facilmente spingere un Brammo Enertia di prima generazione a una dotazione operativa di 20 miglia, e gli Zero sono solo marginalmente migliori. Inoltre, una ricarica per entrambi viene misurata non in minuti ma in più ore. Entrambe le aziende offrono nuove bici con più velocità e più autonomia.

Ma il problema con le bici elettriche è chiaro: offrono straordinarie possibilità di prestazioni, come dimostrato dal Killacycle e dai recenti roadrecer elettrici come il MotoCzysz E1PC o il Chip Yates Racer elettrico SWIGZ, ma con portata molto limitata e ricarica lenta. Per comprendere la natura di questo dilemma, è necessario tornare a un corso di fisica delle scuole superiori e considerare la differenza tra potenza ed energia.

Zero Motorcycles

Il modello stradale Zero S 2011 ha un pacco batteria agli ioni di litio da 4,5 kWh, adatto a una corsa di 45 miglia nella guida suburbana. Il pack, utilizzato anche nel nuovo modello Zero MX, è combinato con interconnessioni brevettate tra le celle che lo rendono in grado di sopravvivere al tipo di eventi ad alto impatto che una bici da fuoristrada può provare.

L'energia è ciò che viene utilizzato nel fare il lavoro. Ci vuole una certa quantità di energia per riscaldare un chilo d'acqua a 100 gradi o per viaggiare per un'ora a 70 mph, combattendo la resistenza al vento e la resistenza al rotolamento per l'intero percorso. Non è qualcosa su cui i motociclisti di solito pensano molto, perché con la benzina, hanno quasi sempre abbastanza. Se inizi a corto, trovi una pompa di benzina. Potresti facilmente pensare all'energia come alla quantità di denaro che hai nel tuo conto in banca: proprio come con l'energia, ci vuole una certa quantità di denaro per fare certe cose.

Il potere è un'altra cosa; è la velocità con cui puoi usare l'energia. Hanno abbastanza potenza e puoi accelerare rapidamente e andare molto velocemente; hai abbastanza soldi e puoi comprare le macchine che ti permettono di farlo. Un motore a bassa potenza è come avere un bancomat / carta di credito con un limite molto basso: potresti avere un sacco di soldi in banca ( cioè , carburante nel serbatoio), ma se puoi solo prelevare $ 20 al giorno, non avrai le stesse possibilità, nel bene o nel male, che se tu potessi ottenere tutto più velocemente. Viceversa, un sacco di energia con poca energia è come essere a Las Vegas con una carta ATM senza limiti, ma solo $ 200 in banca: presto ti troverai in piedi al margine della strada con il pollice.

Elettrico i veicoli funzionano sugli stessi principi ma in modo diverso. In un veicolo elettrico, le batterie sono il dispositivo di accumulo di energia, non un combustibile. Le batterie rilasciano energia attraverso una reazione chimica reversibile come elettricità che è in grado di alimentare direttamente un motore elettrico. Ma il design e le dimensioni di una batteria stabiliscono i limiti sia dell'energia che della velocità con cui possono essere rilasciati, ovvero, le batterie sono sia energetiche che limitate. Generalmente, i motori su veicoli elettrici sono dimensionati ai limiti imposti dalle batterie; non ha senso avere un motore da 100 hp se le batterie non riescono a rilasciare l'elettricità abbastanza velocemente da raggiungere quel livello di potenza.

Per i veicoli elettrici, e in particolare in riferimento alle capacità della batteria, la potenza è quasi sempre espressa in kilowatt, non potenza. È semplicemente un cambio di unità, tuttavia, poiché 1 chilowatt è pari a 1,34 cavalli. E quando si ha a che fare con l'elettricità, l'energia è generalmente espressa in termini di kilowattora, o kW-h, piuttosto che in ore di potenza. Il punto di tutto questo è che possiamo usare quelle stesse unità per confrontare batterie e benzina.

Motori della Missione

L'ultimo pilota della Missione R dimostra che le bici elettriche non devono sembrare strane. Il telaio è stato concepito con l'aiuto del progettista RADD James Parker ed è confezionato attorno a un pacco batterie da 14,4 kWh e un motore a corrente alternata da 141 CV. La sua ampia diffusione di coppia gli consente di avere un cambio a una velocità, ed è capace, dice Mission Motors, di accelerare da una fermata a 160 miglia orarie senza che il pilota debba azionare né la leva del cambio né la frizione.

Si scopre che la benzina è molto energico, davvero. Un solo gallone di benzina, se bruciato con l'ossigeno liberamente disponibile nell'aria, può rilasciare 36 kWh di energia sotto forma di calore. Ma, poiché i motori a combustione interna non sono molto efficienti nel convertire quel calore in lavoro, forse solo un minimo di 6,7 kWh di quello è effettivamente utilizzabile. Misurata rispetto al peso anziché al volume, la benzina, come trasformata in energia da un motore tipico, è buona per circa 2,3 kWh per chilogrammo (e qui stiamo utilizzando la metrica perché quasi nessuno parla dell'energia specifica della batteria in qualsiasi altra unità rispetto kW-h / kg).

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Le cattive notizie sulle batterie sono che rispetto alla benzina, sono quasi fuori dal grafico in energia specifica. Le batterie al piombo, a 0,04 kWh / kg, sono patetiche; in termini di autonomia, sarebbero necessari circa 370 chili di batterie al piombo per abbinare ciò che un motore può fare con un gallone di benzina. È solo quando si arriva alle ultime batterie agli ioni di litio, un tipo di batteria che è disponibile solo in commercio da circa 15 anni, si migliora molto, e anche allora è solo una questione di grado. Occorrono 60 libbre di celle agli ioni di litio più recenti, più grandi e costose per equivalere a quello che un gallone (6 libbre) di benzina può fare. E in una moto vera e propria, quelle celle dovranno essere racchiuse, protette, monitorate da un'elettronica aggiuntiva e prestate attenzione al controllo della temperatura. L'hardware necessario per fare tutto ciò aggiungerà dal 10 al 20 percento al peso del pacco.

Inoltre, sebbene le celle agli ioni di litio stiano guadagnando densità di energia sin da quando sono diventate commercialmente disponibili, l'aumento è lineare e non eccezionalmente rapido. Passerà molto tempo prima che le batterie raggiungano l'energia specifica della benzina. Ciò richiederà quasi certamente un salto di qualità verso l'alto con una svolta imprevedibile nel far sì che una chimica cellulare esotica funzioni in un posto diverso dalle teorie.

Perché i veicoli elettrici non stavano accadendo prima, però, era il costo. Fino a poco tempo fa, una regola empirica era che un pacco batterie agli ioni di litio completato per un veicolo costava circa $ 1000 per kW-h. Ciò avrebbe messo un pacchetto che corrispondeva all'energia utilizzabile in un gallone di benzina a nord di $ 6000, e questo è il costo del produttore. Avrebbe aggiunto $ 12.000 al prezzo dell'adesivo e, a meno che il produttore non offrisse uno sconto insolitamente pesante, un pacco sostitutivo sarebbe stato venduto al dettaglio per circa $ 20.000.

Chip Yates

La più recente moto elettrica a fare notizia è il Chip Yates / SWIGZ racebike che ha fatto il podio in una gara di club contro le Superbike di classe Open. Con un pacco batterie da 11 kWh e un motore elettrico da 190 CV, è in grado di accelerare e superare la Ducati 1198 a livello di club, ma non per molto: la gamma è di 25 miglia al massimo. Sembra anche il prodotto di un folle inventore in un garage di casa.

Fortunatamente, anche quando i produttori automobilistici hanno cominciato ad abbracciare un certo grado di elettrificazione, l'intera industria dell'elettronica di consumo li ha battuti lì, con batterie agli ioni di litio sostanzialmente standard in ogni computer portatile e cellulare fatti. Gli aumenti di volume risultanti hanno iniziato a far scendere i prezzi; i costi attuali sono forse la metà più alti di prima e continuano a scendere. Infatti, l'onnipresente cella di dimensioni 18650 (18 mm di diametro, 65 mm di lunghezza, poco più grande di una alcalina AA), che può essere trovata nella maggior parte dei computer portatili Windows, è caduta al punto che se non si sta acquistando all'avanguardia capacità energetica in ogni cella, un produttore potrebbe mettere insieme un pacco di quelli per circa $ 350 per kW-h.

Stranamente, come General Motors sembra guidare i prezzi del pacco batteria agli ioni di litio verso il basso per la Volt e gli altri ibridi di utilizzando celle prismatiche di grande formato che semplificheranno la costruzione del pacco, la start-up della California Tesla sta cavalcando la curva di apprendimento dell'elettronica di consumo e costruendo le sue auto esclusivamente elettriche attorno a batterie costituite letteralmente da migliaia di quelle piccole 18650 celle. La sua prossima auto, la berlina Tesla S, potrebbe effettivamente utilizzare 8000 celle nel suo pacco batteria ad alta capacità opzionale.

Perché? Perché Tesla si aspetta di poter mettere insieme i pacchetti per $ 200 per kW-h entro il 2012 utilizzando le celle che ogni azienda di batterie al mondo sembra stia producendo, con la concorrenza che spinge i prezzi più velocemente rispetto all'approccio GM apparentemente più razionale. Sia Toyota che Panasonic, un importante fornitore di celle agli ioni di litio, hanno investito in Tesla. La compagnia cerca di risolvere il problema della gamma con la forza bruta: ottenere un costo della batteria abbastanza basso da permettersi di acquistarne uno veramente grande e pesante.

In effetti, la quantità di ricerche che stanno per passare alla tecnologia della batteria non ha precedenti, e i veicoli elettrici sono interessanti a causa di alcuni dei risultati. Ricordi prima quando abbiamo detto che le batterie sono limitate sia nella potenza che nella capacità di energia? Bene, è possibile ottimizzare l'uno o l'altro, quindi ci sono sia celle "power" che celle "energetiche". La società americana di batterie A123 si è specializzata nel primo, e le sue celle, pur avendo meno della metà dell'energia delle celle ad alta energia dei suoi concorrenti, hanno una potenza eccezionale, fino a 20 kW / kg (12 hp / lb.) Per le sue celle di Formula 1.

Brammo Enertia

La prima bici di Brammo, la Enertia, ha una batteria da 3,1 kWh e porterà il suo cavaliere a più di 30 miglia prima di aver bisogno di una carica.

Finché sei disposto a vivere con un gallone di benzina di capacità energetica, è possibile mettere insieme un motore elettrico completo powertrain-motor, controller e batteria - che sia uguale al peso di sportbike e motori da corsa o è solo leggermente più pesante. Prova ad abbinare cinque galloni, però, e il powertrains completo diventa piggish pesante. Inoltre, le celle di potenza sono in grado di essere caricate eccezionalmente rapidamente, a condizione che tu abbia speso diverse migliaia di dollari per avere un caricabatterie da 220 volt ad alta velocità installato nel tuo garage. Una presa standard da 120 volt è limitata a 1,5 kW, rendendo essenziale un circuito domestico ad alta potenza per le cariche più veloci.

Ma cosa significa tutto questo per le motociclette elettriche? Nel prossimo futuro, ci sarà un complicato compromesso tra potenza, autonomia e costi. Se un produttore sceglie un pacco batteria relativamente grande, il prezzo, il peso e la gamma aumenteranno, in particolare se la potenza e le prestazioni sono rimaste relativamente modeste.

Questa sarà probabilmente la strategia di Brammo e Zero per i pendolari urbani e fuoristrada Modelli. Per le massime prestazioni, le bici elettriche ad alta potenza a prezzi come Bimotas (o più) potrebbero presto essere in grado di appendere o addirittura meglio le moto sportive a combustione interna, anche in pista, ma solo per pochi minuti; quelli con una portata più lunga saranno troppo pesanti. I roadracers elettrici nei prossimi anni avranno probabilmente dei tempi sul giro impressionanti. ma sarà solo per le lunghezze della gara molto più brevi di una corsa AMA Superbike di 50 miglia o una gara MotoGP di 45 minuti, almeno fino a quando le batterie non miglioreranno al punto in cui un pacchetto da 35 o 40 kWh può far parte di un 375 -pound motorcycle.

In effetti, le applicazioni più interessanti dell'elettrificazione sono per le moto che hanno già minuscole bombole di gas, come motocross o prove, e che trascorrono anche solo una piccola parte del loro tempo a piena potenza. Con solo i miglioramenti previsti nelle prestazioni della batteria, dovrebbe essere possibile entro i prossimi anni costruire un motocrosser elettrico estremamente competitivo in grado di finire le manche di 20 minuti e di essere ricaricato tra le batterie. Ciò dovrebbe aprire possibilità completamente nuove di silenzioso motocross urbano su campi costruiti su lotti abbandonati nei quartieri industriali. E la corsa di resistenza, con i suoi pendolari definiti di un quarto di miglio, è ideale per le applicazioni ad alta potenza ea bassa energia.

Ma ciò che veramente farà o distruggerà le motociclette elettriche sarà come gli attuali motociclisti reagiranno a loro. Con prestazioni senza interruzioni, nessun cambio marcia e il suono più forte è solo un lamento motorio e il ronzio fastidiosamente rumoroso di una catena (non più mascherata dalla nota di scarico), può essere semplicemente che le motociclette elettriche non sono coinvolgenti come i modelli a combustione interna.

Per questo, solo il tempo e i gusti diranno

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