Budowa dużego roweru-skuteru elektrycznego: silnik 3kW, bateria 72V, certyfikacja UL, Grin torque arms

Pytanie

Jak zbudować większy rower-skuter elektryczny?

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najpierw zdefiniuj docelowe parametry (prędkość, zasięg, masa/ładowność, teren). Od tego zależy wybór platformy (rama), typu napędu (hub/mid‑drive), napięcia systemu (48/60/72 V), sterownika (FOC), baterii (konfiguracja S×P z BMS), hamulców i okablowania.
• Jeśli chcesz „większy” skuter‑rower o osiągach powyżej klasycznego e‑bike’a, praktycznym punktem wyjścia jest hub direct‑drive 2–3 kW na 72 V, pakiet 20S (≈72 V) 25–40 Ah (1,8–2,9 kWh), sterownik sinusoidalny 60–80 A, hamulce hydrauliczne 4‑tłoczkowe 203–220 mm, podwójne torque‑arms i oświetlenie z przetwornicy 72→12 V.
• Upewnij się, że konstrukcja i sposób użytkowania są zgodne z lokalnym prawem (USA: system klas 1–3; wszystko, co przekracza 750 W/20–28 mph, bywa klasyfikowane jako moped/motor‑driven cycle i może wymagać rejestracji, prawa jazdy itd.). (ncsl.org)

Szczegółowa analiza problemu

• Architektura i wybór platformy
  • Rama: stal Cr‑Mo/DH/cargo lub lekki moped/motorower. Bateria i sterownik nisko i centralnie (stabilność), sztywne mocowania, osłona IP dla elektroniki. Przy wyższych mocach wygodnie jest użyć tylnego koła 19" moto (mocna obręcz, opony 2,5–3,0").
  • Układ hamulcowy: hydrauliczne 4‑tłoczkowe, tarcze 203–220 mm; dźwignie z czujnikiem odcięcia; jeżeli sterownik wspiera, hamowanie rekuperacyjne.
• Napęd
  • Hub direct‑drive: bardzo prosta integracja, cicha praca, rekuperacja; większa masa nieresorowana.
  • Mid‑drive: lepsze wykorzystanie przełożeń i momentu w terenie; większe obciążenia łańcucha/napędu i trudniejszy montaż.
  • Dla „skutera‑roweru” miejskiego najczęściej wygrywa hub DD 2–3 kW (szczyt 4–6 kW) zapleciony w obręcz moto 19".
• Sterownik (FOC/sinus): napięcie zgodne z pakietem (48/60/72 V), prąd bateryjny dobrany do mocy (np. 72 V×60 A ≈ 4,3 kW chwilowo), ograniczenia prądu/tempa narastania, soft‑start, ustawienia cut‑off napięcia i temperatur.
• Bateria
  • Konfiguracja: dla 72 V nominalnie 20S; dobierz „P” do wymaganych prądów (np. 20S10P z ogniw 21700 klasy wysokoprądowej). Pojemność 25–40 Ah daje 1,8–2,9 kWh.
  • BMS: aktywne balansowanie mile widziane; prąd ciągły ≥ prąd sterownika, pomiar temperatur (min. 2–3 czujniki).
  • Ładowarka: wyłącznie dedykowana do danej chemii/konfiguracji (CC/CV), najlepiej NRTL/UL; „uniwersalnych” ładowarek unikaj (CPSC wskazuje na pożary spowodowane niekompatybilnymi ładowarkami). (cpsc.gov)
• Okablowanie i zabezpieczenia
  • Przewód główny: dla 60–80 A zalecane ≥AWG8 (≈8,4 mm²); bezpiecznik ANL/MIDI na plusie (np. 100–125 A), wyłącznik serwisowy, złącze antyiskrowe (np. XT90‑S) lub pre‑charge.
  • Przetwornica DC‑DC 72→12 V (≥10 A) dla oświetlenia, kierunkowskazów i klaksonu.
• Mechanika osi silnika – torque arms
  • Moment z osi hub‑motoru potrafi rozginać haki i „wypluwać” koło. Stosuj dwustronne, hartowane torque‑arms (np. Grin V6/V7), szczególnie przy mocach >500 W i/lub rekuperacji. Zapewniają wielokrotnie większą odporność na „spin‑out” niż same podkładki. (ebikes.ca)
• Szacowanie osiągów i zasięgu
  • Zużycie energii w trybie „skuterowym”: 20–35 Wh/km (miasto, 30–50 km/h). Pakiet 2,1 kWh da 60–100 km w realu.
  • Prosty budżet mocy na równinie: 600–900 W przy ~40 km/h, ale rezerwa mocy potrzebna do przyspieszania i podjazdów (stąd sens 2–3 kW).
• Przykładowa, spójna konfiguracja „większy rower‑skuter” (miasto/utwardzone drogi)
  • Silnik: hub DD 3 kW (oś 12/14 mm) w obręczy 19", opona 2,75–3,0".
  • Sterownik: 72 V FOC, 60–80 A bat., 180–220 A fazowe, rekuperacja, złącze programujące.
  • Bateria: 20S10P 21700, 30–40 Ah, BMS 100–150 A; obudowa z odprowadzaniem ciepła i uszczelnieniem.
  • Hamulce: 4‑tłoczkowe, 220/203 mm; klamki z cut‑off.
  • Zasilanie pomocnicze: DC‑DC 72→12 V 10–15 A; LED: mijania/drogowe, tylne/stop, kierunki.
  • Bezpieczeństwo: 2× torque‑arm, bezpiecznik ANL 125 A, wyłącznik główny i e‑stop.

Aktualne informacje i trendy

• W USA coraz powszechniejszy jest system klas e‑bike’ów (1/2/3). Ogólnie: limit mocy 750 W; klasa 1 i 2 wspomagają do 20 mph (kl. 2 ma manetkę), klasa 3 do 28 mph (zwykle bez manetki). Przekroczenie tych parametrów może kwalifikować pojazd jako motor‑driven cycle/moped w zależności od stanu. (ncsl.org)
• NYC od 16.09.2023 wymaga certyfikacji (UL 2849 dla e‑bike’ów; UL 2272 dla innych mikromobilności) dla sprzedaży/wypożyczania. Trend certyfikacji UL rozszerza się wraz z aktualizacjami norm (UL 2849 – 3. edycja, 2025). (ul.com)
• CPSC ostrzega przed „uniwersalnymi” ładowarkami (09.05.2024) oraz intensywnie nadzoruje baterie (liczne komunikaty/akcje dot. pożarów i wycofań) — wybieraj systemy zgodne z UL i dedykowane akcesoria. (cpsc.gov)
• Przykład stanowy (CT, 10.01.2025): >750 W klasyfikowane jako motor‑driven cycle (wymogi: prawo jazdy itd.). Pokazuje, że „mocny skuter‑rower” w praktyce wchodzi już w kategorię pojazdów motorowych. (ctinsider.com)

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dobór napięcia: 48 V dla prostych konwersji; 60/72 V zwiększa moc przy niższym prądzie (mniejsze straty I²R i cieńsze przewody), ale rosną wymagania dot. izolacji i BMS.
• Thermal management: silniki hub DD rozpraszają ciepło przez korpus/obręcz — monitoruj temperatury (czujnik NTC z wyświetlaniem), rozważ olej/parafiny/ferrofluid tylko gdy wiesz, co robisz.
• EMC i okablowanie: skracaj pętle wysokoprądowe, prowadź fazy razem, sygnałowe separuj, stosuj ekrany i uszczelnione złącza automotive.
• Pre‑charge/anti‑spark: chroni kondensatory sterownika przed udarem prądowym.

Aspekty etyczne i prawne

• Legalność w USA zależy od stanu i klasy. Pojazdy przekraczające 750 W i/lub 20–28 mph zwykle nie są już e‑bike’ami w rozumieniu przepisów — mogą wymagać rejestracji, prawa jazdy, świateł, kasku, ubezpieczenia OC itd. (sprawdź przepisy stanowe/municipalne). (ncsl.org)
• Bezpieczeństwo pożarowe: preferuj systemy certyfikowane (UL 2849/2271), nie używaj „uniwersalnych” ładowarek, ładuj pod nadzorem na twardej, niepalnej powierzchni. W niektórych miastach (np. NYC) sprzedaż/lease sprzętu niecertyfikowanego jest zakazana. (ul.com)
• Prywatność: jeżeli używasz aplikacji/telemetrii, sprawdź co zbiera sterownik/wyświetlacz; wyłącz zdalne odczyty, jeśli niepotrzebne.

Praktyczne wskazówki

• Zacznij od „projektu papierowego”: masa całkowita (użytkownik + pojazd + ładunek), prędkość docelowa, profil tras, budżet energii (Wh/km×zasięg + 20% zapasu), limity prawne.
• Zbuduj i przetestuj „na sucho”: najpierw uruchom napęd na stojaku, sprawdź kierunek, czujniki Halla, cut‑off hamulców, prądy i temperatury.
• Torque‑arms montuj po obu stronach osi, na płasko do powierzchni ramy; sprawdź dopasowanie do spłaszczonych 10 mm na osi (brak luzu). (ebikes.ca)
• Używaj wyłącznie ładowarki dobranej do Twojego pakietu (chemia/napięcie/bms). Unikaj „uniwersalnych”. (cpsc.gov)

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Wysokie moce (≥2 kW) szybko przenoszą projekt poza definicję e‑bike’a. To zwykle „moped” w świetle prawa stanowego — inne reguły ruchu, kaski, rejestracja. (ncsl.org)
• Bateria to komponent krytyczny: źle zbudowany pakiet jest realnym zagrożeniem pożarowym. Jeśli nie masz doświadczenia w zgrzewaniu ogniw i testach, zleć pakiet profesjonaliście i wymagaj zgodności z UL 2271/2849 systemowo. (ul.com)
• Recykling/utylizacja: uszkodzone ogniwa/packi oddawaj do punktów zbiórki (Li‑ion).

Sugestie dalszych badań

• Zapoznaj się z wymaganiami UL 2849 (aktualna 3. edycja, 2025) i wytycznymi CPSC nt. ładowarek/baterii. (ul.com)
• Sprawdź mapę i interpretacje prawa w Twoim stanie (PeopleForBikes/NCSL) oraz przepisy miejskie (np. NYC). (ncsl.org)
• Dokumentacja producentów wysokiej jakości torque‑arms (Grin) – dobór i poprawny montaż. (ebikes.ca)

Krótkie podsumowanie

• „Większy rower‑skuter” budujesz jak mały moped elektryczny: solidna rama, silnik 2–3 kW (hub DD), sterownik FOC 72 V, pakiet 20S z porządnym BMS, podwójne torque‑arms, mocne hamulce i prawidłowe zabezpieczenia.
• Dla bezpieczeństwa i zgodności z trendami rynkowymi stawiaj na systemy certyfikowane (UL 2849/2271) i unikaj „uniwersalnych” ładowarek. Zanim wyjedziesz na drogę, sprawdź przepisy w swoim stanie — to, co technicznie „działa”, nie zawsze jest legalne jako e‑bike. (ul.com)

Jeśli podasz docelową prędkość, zasięg i budżet oraz czy pojazd ma pozostać w klasach 1–3 czy ma być „mopedem”, przygotuję konkretny schemat elektryczny (z wartościami zabezpieczeń), listę części i nastawy sterownika.