Pedelec

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Pedelec ist eine andere Bezeichnung für das Elektrofahrrad. Das Pedelec wird hybrid mit Elektromotor und Muskelkraft betrieben.

Pedelec steht für Pedal Electric Cycle.

E-Bikes können im Gegensatz zu Pedelecs auch ohne Treten angetrieben werden. D.h. ein Elektromotor in einem Pedelec gibt nur dann Leistung ab, wenn auch getreten wird, d.h. die Pedale bewegt werden und eine Kurbelbewegung durch die Pedelecsteuerung messbar ist. Dies hat keinen wirklichen technischen Hintergrund, sondern eher einen gesetzlichen, zumindest in Deutschland. Das Pedelec ist führerscheinfrei, wenn der Motor nur bis max. 25 km/h unterstützt.

Einige Pedelecs verfügen über eine Schiebe- oder Anfahrhilfe, die auch ohne Kurbelbewegung, durch Drücken eines Steuerhebels, bis maximal 6 km/h Schub gibt. Hier ist es derzeit nicht gesichert, inwieweit für das Führen dieser Modelle eine Mofa-Prüfbescheinigung erforderlich ist.

Historie des Pedelec

Die ersten Pedelecs wurden 1992 von der Firma Velocity in der Schweiz auf den Markt gebracht. 1994 folgten größere Stückzahlen von Yamaha unter der Namen Power Assist und 1995 die ersten Flyer der Firma BKTech (seit Dezember 2001: Biketec) in der Schweiz.

Komponenten Pedelec

Im Gegensatz zu einem normalen Fahrrad hat eine Pedelec einen zusätzlichen Elektromotor, einen Akkumulator, eine Steuerelektronik für den Motor, sowie einen Sensor für die Kurbelbewegungserkennung. Die meisten Modelle verfügen darüber hinaus über eine Batterieladeanzeige und eine Motorkrafteinstellung, entweder stufenlos oder in Unterstützungsstufen eingeteilt.

Akkumulator eines Pedelec

Neben dem Motor ist der Akkumulator (Akku, Batteriepack) das wichtigste Bauteil der Pedelec-Technik. Verwendet werden meist NiMH-, NiCd– oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Die Akkuladung beträgt hier bis zu 18 Amperestunden (Ah) bei 24 oder 36 Volt (V). Die gespeicherte Energie beträgt also bis zu 648 Wattstunden (Wh). NiCd-Akkus haben im (theoretischen) Idealfall nach eintausend Aufladungen noch 85 % ihrer ursprünglichen Kapazität und gelten damit als verschlissen. Bei NiMH-Akkus sind etwa 400 bis 800 Ladezyklen möglich. Die Haltbarkeit der Akkus ist jedoch von weiteren Faktoren abhängig. Blei-Akkumulatoren liefern mit fortschreitender Entladung eine geringere Spannung, so dass nicht mehr die volle Motorleistung erreicht wird. Die besonders leichten, aber teuren Lithium-Ionen-Akkus werden inzwischen von den meisten Herstellern eingesetzt.

Die Sicherheit und Haltbarkeit von Lithium-Akkus hat sich in der Praxis bewiesen. Allerdings sind für die Sicherheit die chemische Zusammensetzung und die Qualität der Elektronik ausschlaggebend. Lithium-Ionen-Akkumulatoren können insbesondere bei Kurzschluss und Überspannung sehr heftig reagieren.

Es gibt auch erste praxistaugliche Versuchsmodelle, bei denen der Akku durch eine Brennstoffzelle und einen Wasserstofftank ersetzt wurde. Diese Konstruktion bietet den Vorteil, dass Ladezeiten und Akkuverschleiß entfallen und auf eine längere Tour zusätzliche Tanks mitgenommen werden können. Allerdings vertrugen die ersten Brennstoffzellen keine Temperaturen unter 0 °C.

Hersteller, die ihre Pedelecs mit NiCd-Akkus bestücken, liefern meist ein Netzteil mit, welches den NiCd-Akku vor dem eigentlichen Ladevorgang vollständig entlädt, um den Memory-Effekt zu verringern. NiMH-Akkus haben einen wesentlich geringeren Memory-Effekt. Grundsätzlich ist es ratsam Lithium-Ionen-Akkus zu verwenden, da diese keine Memory-Effekt haben.

Vielversprechend sind auch Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren, die deutlich langlebiger sind als die aktuell bevorzugt eingesetzten Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Ihr Einsatz könnte die laufenden Kosten durch Akku-Verschleiß signifikant senken. Derzeit sind sie bei den meisten Pedelec-Modellen noch nicht serienmäßig erhältlich.

Motorsteuerung Pedelec

Für das Einschalten oder die Steuerung des Motors gibt es mehrere Möglichkeiten:

Messung der Kraft oder des Drehmoments über das Signal eines Kraftsensors an den Pedalen, der Tretkurbel, der Kette oder am Rad.
Messung der Tretgeschwindigkeit über das Signal eines Umdrehungszählers oder Schwellenwertschalters an der Kurbel oder an anderer geeigneten Stelle.
Messung sowohl von Kraft wie auch Geschwindigkeit.
Messung der Beschleunigung oder Deichselkraft beim Schubanhänger.
Messung der elektrischen Werte beim seriellen Hybrid (Pedalgenerator).

Zusätzlich kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs am Rad gemessen werden, insbesondere z. B. um den Motor bei 25 km/h auszuschalten.

Die Messung kann mechanisch oder elektronisch weiterverarbeitet werden und dient dazu, den Motor ein- und auszuschalten oder anhand einer Steuerfunktion stufenlos zu regeln.

Die eingespeiste Leistung wird aufgrund der Sensordaten (Kraftsensor, Kurbeldrehzahl, Fahrgeschwindigkeit) in Abhängigkeit vom gewählten Unterstützungsgrad von der Motorsteuerung berechnet. Die sogenannten Unterstützungsgrade, das heißt, wie stark der Motor zusätzlich zu der Fahrerleistung unterstützt, liegen bei waagerechter Fahrt zwischen 5 und 400 Prozent.

Da die Motoren sich im Betrieb und insbesondere auf Steigungsstrecken erheblich erwärmen können, verfügen manche über einen Temperatursensor in der Motorwicklung. Hier schaltet die Elektronik beim Erreichen einer Wicklungsgrenztemperatur dann die Unterstützung ab oder vermindert sie. Auch schützt die Elektronik den Akku durch Abschalten bei einer festgelegten Entladung, um so einer Tiefentladung vorzubeugen und allenfalls genügend Spannung für den Betrieb der Lichtanlage zu gewährleisten. Das kann auch durch eine Elektronik im Akkupack erfolgen.

Kraftsteuerung Pedelec

Bei der Ausführung mit Kraftsensor gibt der Motor automatisch einen bestimmten Prozentsatz der vom Fahrer erbrachten Leistung dazu. Bei vielen Modellen kann dieser Prozentsatz eingestellt werden. Es gibt auch Modelle, bei denen der Unterstützungsgrad nur beim Fachhändler auf Kundenwunsch eingestellt werden kann.

Drehbewegungserkennung Pedelec

Bei der Ausführung mit Geschwindigkeitssensor(en) gibt der Motor anhand einer Funktion automatisch einen eingestellten Prozentsatz der selbstaufgebrachten Kraft hinzu. Da die benötigte Kraft mit der Geschwindigkeit stark ansteigt, kann diese bei einigen Modellen auch ohne Kraftsensor berechnet werden.

Schiebe- oder Anfahrhilfe Pedelec

Die Schiebehilfe oder Anfahrhilfe, die unter Ausreizung der Gesetzeslage eine Motor-Unterstützung ohne Pedalbewegung bis 6 km/h zulässt. Die Schiebehilfe bietet den Vorteil, dass man das Fahrrad neben sich mit Motorunterstützung rollen lassen kann, ohne dass man pedalieren oder selbst schieben muss (z. B. wenn man schwere Last befördert oder damit das Rad auf den Stufen einer Kellertreppe über ein an den Rand gelegtes Brett eigenständig hoch laufen lassen kann). Bei manchen Modellen werden die erlaubten 6 km/h nur im schnellsten Gang erreicht, in den anderen Gängen rollt das Rad entsprechend langsamer. In jedem Fall erlaubt es ein schnelleres (und körperlich kontrollierteres) Anfahren aus dem Stand an auf „Grün“ umschaltenden Ampeln.

Leistungselektronik Pedelec

Die Leistungselektronik besteht, abhängig vom verwendeten Motortyp, aus einem Gleichstrom-Motorregler mit Pulsweitenmodulation oder einem Gleichstrom-Wechselstrom-Regler.

Motorentypen Pedelec

Nabenmotor mit Getriebe

Es werden fast ausschließlich Gleichstrommotoren verwendet. Man verwendet kommutatorlose und bürstenbehaftete Scheibenläufermotoren, die für den Direktantrieb geeignet sind, sowie bürstenbehaftete Motoren mit Getriebe. Die Kohlen der Motoren mit Kohlebürsten unterliegen einem gewissen Verschleiß.

Die ebenfalls wartungsfreien Wechselstrom-Asynchronmotoren sind die Ausnahme.

Alle Motorentypen erlauben im Prinzip eine Nutzbremsung, also die Rückspeisung von Energie beim Bremsen; diese wird jedoch kommerziell nur bei ganz wenigen Modellen angeboten, in der Regel bei getriebelosen Nabenmotoren, die keinen Freilauf haben oder brauchen. Erfahrungsgemäß bringt dies jedoch derzeit so gut wie nichts.

Kraftansatz des Elektroantriebs Pedelec

Dieser wird allgemein in Kraftansatz des Elektroantriebs beschrieben. Beim Pedelec speziell ist die Art der Steuerung des Antriebs durch die Tretbewegung (siehe oben), die im Antrieb integriert sein kann.

Pedelec

Pedelec – In einem Journal zum Thema Elektrofahrrad bzw. Pedelec sollte das auch ein Artikel über Pedelec nicht fehlen. Aber nicht alle Seiten in diesem Journal behandeln das jeweilige Interressengebiet ausführlich genug, deshalb klicken Sie bitte folgenden Link für mehr Information: Pedelec .