Le biciclette elettriche a pedalata assistita (dette anche EPAC o Pedelec o più semplicemente EBikes) nei Paesi dell’Unione Europea sono regolate dalla direttiva 2002/24 CE.
In questa direttiva sono definite come veicoli “dotati di un motore ausiliario elettrico avente potenza nominale continua massima di 0,25 kW la cui alimentazione è progressivamente ridotta e infine interrotta quando il veicolo raggiunge i 25 km/h o prima se il ciclista smette di pedalare” .
Solo le bici che rispettano questo obbligo normativo sono equiparate alle tradizionali bici muscolari e quindi possono circolare liberamente senza alcuna necessità di omologazioni aggiuntive.
E’ necessario porre la massima attenzione sul fatto che la normativa prevede espressamente che il motore può dare potenza solo quando il ciclista stia pedalando. Non è quindi ammesso che il motore delle ebikes funzioni e dia assistenza senza che il ciclista pedali; alcune bici di basso costo, solitamente bici prodotte in Asia, spesso dotate anche di una sorta di acceleratore che equipara il loro funzionamento a quello di un piccolo motorino, consentono questo tipo di funzionamento e quindi non possono essere utilizzate in Europa….
Non è consentito inolre che il motore di una bici elettrica eroghi una potenza continua superiore ai 250W massimi consentiti, pertanto bici con motore di potenza superiore possono essere utilizzate solo in aree private
Per evitare quindi sanzioni che possono arrivare al sequestro del veicolo ed a spiacevoli risvolti legali in caso di incidente con danni a terzi, come prima cosa consigliamo vivamente di optare per bici conformi alla normativa citata.
Tornando al discorso tecnico, vediamo quali sono i componenti aggiuntivi in una ebike rispetto a quelli di una bici esclusivamente muscolare:
- Batteria (ricaricabile).
- Motore.
- Sensore di pedalata.
- Centralina elettronica + display comandi.
- Caricabatteria.
A cosa servono? in una ebike >strong>la batteria ricaricabile fornisce energia a tutti gli altri componenti e, solitamente, anche al sistema di illuminazione.
La centralina, sorveglia lo stato dei sensori e sulla base dei comandi attivati dal ciclista, gestisce l’erogazione della potenza al motore ed visualizza sul display le impostazioni e le misure gestite (livello di potenza selezionato, livello di energia residua nella batteria e, sui display grafici, velocità istantanea, velocità media, km percorsi, ecc.).
Motore elettrico
Esistono molti produttori di ottimi motori per bici elettriche, talvolta derivati da motori elettrici applicati in campo automobilistico, in modo particolare da quelli prodotti in grandissima serie per il funzionamento del servosterzo assistito elettricamente.
Ormai tutti i motori delle ebike sono “brushless”, ossia senza spazzole e quindi offrono maggiore affidabilità e durata rispetto a quelli tradizionali.
Come è ben descritto nell’articolo “come scegliere la bicicletta elettrica” il motore può essere montato sul mozzo anteriore (ormai molto raramente), su quello posteriore oppure in posizione centrale.
A prescindere dalla posizione del motore, tutte le moderne ebikes montano ormai solo motori alimentati a 36V (qualcuna anche a 48V): se vi propongono una ebike con un motore da 24V vi consigliamo allora di verificare attentamente l‘anno di produzione perchè molto probabilmente è una bici datata e con tecnologia obsoleta.
Potendo scegliere, orientatevi decisamente per un motore alimentato a 36V.
Potenza del motore
(P)=(V)x(I)
Come enunciato nella formula citata, la potenza erogata P (misurata in Watt) si ottiene moltiplicando il valore della tensione V (misurato in Volt) per la corrente I (in Ampere) ; alla formula si capisce immediatamente perchè al salire della tensione (V) è sufficiente meno corrente (I) per ottenere la stessa potenza.
Ricavando la corrente dalla formula precedente si ottiene infatti che:
(I)=(P)/(V)
Ad esempio, al motore di una ebike da 24 V necessitano 10,41 Ampere per fornire la potenza massima (250W) . Dalla formula citata si ricava infatti che la corrente I=250/24=10,41 Ampere.
Al motore di una ebike da 36V, per fornire la medesima potenza di 250W, sono invece sufficienti I=250/36= 6,94 Ampere.
La conseguenza pratica delle minori correnti in gioco è che vi saranno meno dissipazioni sui conduttori, meno sollecitazioni della batteria e più prontezza nella risposta del motore.
Sensore di pedalata assistita
Come abbiamo già avuto modo di evidenziare, il motore delle biciclette elettriche a pedalata assistita deve funzionare solo quando il ciclista pedala. Se smette di pedalare, anche il motore deve smettere di funzionare.
Per questo motivo su tutte le ebikes sono montati uno o più “sensori” capaci di monitorizzare costantemente quando il ciclista pedala e di fornire quindi alla centralina il consenso per abilitare o meno il funzionamento del motore.
Il sistema di rilevazione della pedalata (o sensore di pedalata) può essere basato su differenti tecnologie ma tutti indistintamente, possiedono la minima funzionalità richiesta, ossia rilevare quando il ciclista sta pedalando e quando è fermo sui pedali.
Fondamentalmente i sensori si dividono in due grandi categorie:
a) Sensore di rotazione dei pedali
Il sensore di rotazione dei pedali in genere è costituito da un disco sul quale sono montati diversi magneti e che viene montano in corrispondenza del movimento centrale al quale vengono fissati i pedali.
Il sensore rileva l’avvicendarsi dei magneti nel movimento di rotazione (cioè quando si pedala) o la sua assenza (quando i pedali sono fermi).
Nel primo caso il motore parte erogando il livello di potenza che è stata impostato sul display di comando.
Con questo tipo di sensore la potenza erogata dal motore non dipende in alcun modo dalla potenza applicata dal ciclisa sui pedali della bici, ma solo dal fatto che i pedali siano effettivamente in movimento. Per questo motivo il ciclista può anche farsi quasi “trasportare” dalla bici applicando teoricamente sui pedali anche la sola forza necessaria a fare muovere i pedali stessi.
E’ naturale però che questo modo di funzionamento è quello più dispendioso in termini di energia prelevata dalla batteria e quindi è quello che consente una minore autonomia rispetto al sensore a pedale.
b) Sensore di coppia
Il sensore di coppia è invece un sensore che misura la forza istantanea che il ciclista applica sui pedali. Il sensore di coppia è quasi sempre abbinato almeno ad un ulteriore sensore di cadenza,( in grado cioè di misurare il numero di pedalate al minuto) e, nelle bici più sofisticate, ad ulteriori sensori capaci di raccogliere ulteriori informazioni che vengono correlate e gestite dalla centralina per fornire un tipo di assistenza del motore che accompagni una pedalata quanto più “naturale” del ciclista, in ogni condizione di utilizzo.
E’ il tipo di sensore preferito da chi desidera percorrere lunghi tragitti e non disdegna di partecipare e contribuire alla pedalata, evitando di farsi solo trascinare dalla bici. Le ebikes dotate dotate di sensore di coppia offrono sempre autonomie più elevate rispetto a quelle che possono essere raggiunte da quelle dotate del solo sensore di pedalata.
Centralina elettronica
Il funzionamento di tute le ebikes è controllato da una specifica centralina elettronica che sovraintende alla gestione del motore, all’interfacciamento dei display comandi, al sensore di pedalata e, se presenti, anche a quelli di frenata. Quest’ultimi sono dei sensori (in genere magnetici) che rilevano quando viene azionato il freno. In queste condizioni viene generato un segnale elettrico che viene sfruttato dalla centralina per togliere immediatamente l’assistenza del motore.
Le centraline sono sempre alloggiate in appositi vani ricavati nel telaio, solitamente nelle vicinanze dei contatti della batteria.
Ovviamente non esiste una centralina universale nel senso che ogni centralina deve necessariamente controllare e gestire al meglio i componenti ed i sensori previsti dal costruttore per ogni modello.
Le centraline in genere integrano dei controller programmabili a livelli di sofisticazione crescenti che, nelle fasce di prodotto più elevate, comprende anche funzioni di diagnostica avanzate in grado di effettuare un completo test dell’elettronica della bici, di configurare a piacimento i parametri di funzionamento e di gestione di eventuali aggiornamenti software rilasciati dal costruttore.
La centralina comprende anche i circuiti di potenza che pilotano il motore e quindi è solitamente inserita in un contenitore metallico con delle piccole alette che favoriscono lo smaltimento del calore quando è particolarmente sollecitata (ad esempio in salita).
Batteria e caricabatteria
La batteria è certamente il componente elettronico più costoso dell’intera bici e spesso costituisce 1/3 o più dell’intero prezzo della bicicletta.
Dalla sua capacità di immagazzinamento di energia dipende l’autonomia della bici. La maggior parte delle biciclette elettriche a pedalata assistita montano batterie da 36V ma talvolta si trovano modelli alimentati a tensioni superiori (48V) o, su qualche modello molto economico, inferiori (24V).
Salvo qualche modello obsoleto o particolarmente economico, le batterie al piombo ormai non sono più utilizzate a causa del loro grande peso che rende di fatto inguidabile la bici se la batteria dovesse scaricarsi completamente
Le moderne ebikes montano tutte batterie al Litio. Per chi vuole approfondire l’argomento consigliamo la lettura di questo articolo nel quale sono approfondite tutte le tematiche delle batterie ed i consigli per mantenerle in perfetta efficienza.
Come abbiamo già evidenziato, a parità di capacitò di batteria, una bici con sensore di coppia e motore centrale ha un’autonomia certamente superiore a quella di una bici con motore al mozzo e sensore di rotazione.
