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Funcionamiento de una bicicleta eléctrica

Una bicicleta de pedaleo asistido funciona como una bicicleta normal... ¡pedaleando! - Aunque hay matices:

Bicicleta dotada de sensor de par: Estas bicicletas eléctricas son capaces de medir la fuerza que se hace en los pedales, y ayudar de forma proporcional. El sistema proporciona una sensación de "bicicleta normal" agradable y suave. Como inconvenientes, para conseguir una asistencia contundente... hay que hacer un esfuerzo contundente, y por último, las reparaciones son costosas y complicadas.

Sensor de movimiento con regulador: Es el sistema más habitual. Un sensor en los pedales detecta que se pedalea y activa el controlador. El usuario controla el nivel de asistencia con un manto regulador (tipo acelerador o similar). Algunos sistemas cuentan con un display en el que se puede regular la asistencia en 4 o 6 niveles. Este sistema es muy simple, libre de problemas, y facilita un mayor control sobre la asistencia.

Algunos fabricantes ofrecen la posibilidad de suministrar la bicicleta con acelerador independiente del pedaleo (como una moto), para su uso fuera de vías públicas. Esta es una decisión del usuario. El tener un acelerador es una buena solución, ya que facilita las salidas de un cruce, semáforo o subida, y proporciona más control. Esperemos que las futuras legislaciones permitan usar esta modalidad por vías públicas, ya que no aumenta el riesgo en absoluto, y proporciona una mejor experiencia de uso.

Los componentes de una bicicleta eléctrica:

Básicamente una bicicleta eléctrica está compuesta de:

- Parte "ciclo", esto es, la bicicleta normal.
- Batería: Donde se almacena la energía que va usar la bicicleta.
- Controlador: el "cerebro" del sistema, envía la potencia al motor.
- Motor eléctrico.
- Sensor de pedaleo y regulador de potencia, si aplica.

Vamos a centrarnos exclusivamente en los sistemas eléctricos, intentando explicarlo de la forma más sencilla posible. Estos componente también se pueden comprar sueltos o en forma de KIT en tiendas de internet especializadas, haciendo sencillo convertir nuestra bicicleta actual en una eléctrica, o reparar la que ya tenemos.

Las Baterías

Las baterías de una bicicleta son el "almacén" de energía. Se recargan con un cargador específico, y normalmente se pueden extraer de la bicicleta para mayor comodidad. (ej. se aparca la bicicleta en el garaje y se sube la batería a casa).

Hay varios tipos de baterías, muy distintos entre ellos:

Baterías de Plomo: Las baterías con tecnología gel de plomo son muy económicas y fiables, pero pesadas. Por este motivo, prácticamente ya no se usan en bicicletas eléctricas, aunque siguen siendo muy populares en scooter eléctricos, patinetes y similares. También son muy utilizadas por "manitas" y para experimentos, por su bajo precio y tolerancia a los "errores" ;-). Su duración es de unos dos años o 500 ciclos de recarga.

Baterías de Ni-Mh: Ya no se utilizan debido a que han quedado eclipsadas por las de Litio. Son más ligeras que las de plomo, pero muy delicadas. Requieren una carga y descarga completa y controlada cada cierto tiempo, y tienen efecto memoria.

Baterías de Litio: Sin duda alguna son las baterías definitivas, ya que son pequeñas y ligeras, algo fundamental en una bicicleta. No tienen efecto memoria en absoluto, y son mucho más "ecológicas" que las que contienen plomo o níquel. Dentro del litio, hay variedades.

Litio-ión: Las primeras en aparecer. Tienen una cantidad de energía considerable por su peso y una vida de unos 1000 ciclos. Como único inconveniente son un poco delicadas ante los golpes, y no aceptan descargas muy rápidas. En cualquier de los dos casos hay un riesgo de explosión, aunque este es pequeño gracias a los circuitos de protección que deben incorporar.

Litio-Polímero (LiPo): Es la segunda generación de baterías. Están formadas por unas finas láminas. Su principal ventaja frente al litio-ion es que soportan golpes y deformaciones sin peligro de pérdida de líquido o explosión. Además, aceptan tasas de descargas muy altas (siempre con un circuito de protección), lo que es útil en una bicicleta eléctrica para momentos de aceleración, subidas, etc.  Son muy utilizadas en electrónica y en aviones de radiocontrol.

Litio Ferroso (LiFe): Son la última generación conocida y hasta ahora, la más avanzada. Tiene una vida útil de unos 2000 a 3000 ciclos y no tienen ningún peligro de fuga o explosión. Son capaces de suministrar hasta el doble de su capacidad nominal por breves espacios de tiempo. Además, son más seguras medioambientalmente.

El mejor sitio para poner la batería es en el transportín (rack) de la bicicleta, ya que no afecta a sus dimensiones, y reparte pesos de forma eficiente.

Como notas generales en todas las baterías:

Ninguna tiene efecto memoria, por lo que no hay necesidad de dejarlas descargar completamente. De hecho, es mejor cargarlas después de cada uso y almacenarlas siempre a carga completa. Si se van a dejar sin usar durante un tiempo largo (ej. invierno), es recomendable cargarlas una vez cada dos meses.

Nunca tires las baterías a la basura, son tóxicas. Siempre use los puntos limpios de su ciudad o pueblo. Hay que usar los cargadores específicos, y cargarlas en lugares ventilados. Aunque los cargadores son en su mayoría "inteligentes", no es recomendable dejarlos en carga más de 8 horas seguidas.

Comprueba el precio de la batería de repuesto antes de comprar tu bicicleta, ya que puede encontrar diferencias de precio enormes. De nuevo, internet es una herramienta muy útil a la hora de comprar e informarse.

¿Cual es la autonomía de las baterías? - Es una pregunta complicada y depende de muchos factores. La eficiencia de las ruedas, diámetro de las mismas, terreno, peso del ciclista y funcionamiento del sistema en general. No obstante, para bicicletas de gama media-alta y con baterías de litio, se puede generalizar en:

Sistemas de 24 v. 10 amp. = más de 30 km.
Sistemas de 36 v. 10 amp.= más de 45 km.

Cuando compramos una bicicleta, tenemos que ver que distancias vamos a recorrer. No tiene sentido comprar una bicicleta de 36v., más cara y pesada, si no vamos a recorrer más de 20 km. al día. Además, las baterías de repuesto también son más caras cuanto más grandes.

El Motor

El motor eléctrico de la bicicleta es el encargado de convertir la energía eléctrica en movimiento.

Potencia del motor: Aunque puede parecer el dato más importante (como en una moto o coche), en el caso de los motores de bicicleta esta viene dada por el controlador. Casi todos los motores que se comercializan tienen una potencia "nominal" de unos 180 watt., y una máxima continuada de entre 240 y 300 watt. Si el controlador lo permite, pueden dar picos de incluso el doble de la potencia nominal durante una arrancada, subida, etc. La ley indica que la potencia nominal no supere los 250 watt. Por motivos comerciales, los fabricantes siempre hablan de la potencia permitida, pero los "picos" suelen ser mayores.

Motores "Brushless" sin escobillas y con escobillas: Esta es otra diferencia, aunque no tan grande como a veces se piensa. Los motores con escobillas tienen estos elementos para alimentar las bobinas. Las escobillas se acaban deteriorando, pero tardan más de 15.000 o 20.000 km. , que es más de lo que durarían el resto de los componentes (rodamientos, etc.)

Los motores para bicicletas sin escobillas "brushless" son más modernos  y no tienen piezas de contacto. Son algo más eficientes que los que tienen escobillas (más de un 80% de la energía se transforma en movimiento, frente al 75% de los de escobillas). Como inconveniente, los "brushless" pesan algo más y tienen algo menos de fuerza en las salidas que los dotados con escobillas. La forma de distinguirlos es por el número de cables. Los motores con escobillas sólo usan dos cables, y los "brushless" se conectan con tres u ocho cables.

Realmente el tipo de motor no ha de ser un factor que nos preocupe en exceso. Hay motores para bicicleta con escobillas mejores que muchos sin ellas, y viceversa. Es más importante el peso y el rendimiento del conjunto.

 

Tipo de transmisión: Este si es un factor decisivo en la construcción de la bicicleta. Hay dos tipos.

Motor instalado en el eje pedalier: Son sistemas como el Panasonic o Yamaha PAS de excelente calidad, con bastantes años en el mercado y probada fiabilidad. Lo montan varias marcas de bicicleta. Sus ventajas son que asisten desde el primer momento, y el uso es muy intuitivo. Además, el motor hace uso de los cambios, ya que actúa en los pedales. Como inconvenientes hay que mencionar que la complejidad mecánica hace difíciles y caras las reparaciones, y que son sistemas pequeños (batería-motor) y las prestaciones son algo justas para terrenos montañosos.

Motor instalado en el buje de la rueda: También llamado motor tipo "hub".Es la forma más frecuente de encontrar el motor. Facilita mucho el montaje, reparación y los costes de fabricación. Además, cuando está montado en la rueda delantera ofrece doble tracción y mejor reparto de pesos delanteros / traseros. Es importante que el peso de los mismos no sea muy alto. Estos motores permiten que la parte "ciclo" sea lo más standard posible.

El Controlador

En controlador es el encargado de enviar energía al motor. El controlador suele ser específico para cada tipo de motor. Hay controladores para motores brushless, como para motores brush, y su arquitectura interna es completamente distinta.

En todos los casos, los controladores alimentan al motor por medio de impulsos eléctricos (de ahí el pitido de alta frecuencia que a veces hacen). La alimentación por pulsos es más eficiente que simplemente dar "más o menos corriente" a un motor.

Suelen ser una cajita, de dimensiones 9 x 6 x 3 cm. De ellos salen cables al motor, a la batería, sensor de pedaleo o acelerador. Los controladores más avanzados, cuentan con sistemas anti-derrape para evitar que la rueda gire bruscamente al avanzar la marcha.

Otros controladores de bicicleta incorporan frenada regenerativa, que aprovecha la inercia al frenar o en las bajadas para cargar las baterías. En el momento que se activa la maneta del freno, el motor "retiene" con contundencia. Este sistema es poco usado, ya que es complejo, y parece que es más efectivo dejar la bicicleta "costear" libremente en las bajadas que frenarla. Algunos importadores afirman que las bicicletas recargan en las bajadas. A no ser que realmente se note que el motor "frena" en la bajada, deberemos pensar que se trata más de un deseo comercial que de una realidad.

Sensores de pedaleo y acelerador

Hoy en día, se han convertido en componentes bastante estandarizados. Al sensor de pedaleo se le suele llamar PAS. Trabajan normalmente con 5 v. y suelen tener 3 cables (+5, masa y señal). Ambos trabajan con unos sensores tipo "hall" que detectan un campo magnético. Al pasar un imán cerca del sensor, este da una señal de salida de entre 0 y 4 voltios por el cable de señal, que el controlador interpreta para dar la potencia al motor.

Lo normal es que si la bicicleta está dotada de acelerador, también tenga unas manetas de freno que proporcionen corte del circuito, para evitar que se acelere y se frene a la vez.

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