Budowa większego skutera elektrycznego ze składaka – napęd, rama, akumulator, hamulce

Pytanie

Jak zbudować większy rower skuter elektryczny ze składaka

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Da się zbudować „większy” rower–skuter elektryczny ze składaka, ale wymaga to bardzo ostrożnego doboru napędu, akumulatora i – co najważniejsze – wzmocnienia ramy oraz mocowań kół. Dla mocy powyżej ~750 W (USA) lub 250 W (UE) typowa rama składana staje się elementem krytycznym.
• Najrozsądniejsze są dwa scenariusze:
  1. wersja „legalna”/kompaktowa (250–750 W, 36–48 V) zachowująca funkcję składania;
  2. wersja „skuterowa” (1,5–3 kW, 52–72 V) z podramą/nośnikiem baterii i podwójnymi ramionami momentowymi – zwykle kosztem pełnego składania.

Kluczowe punkty

• Priorytet: bezpieczeństwo mechaniczne (zawias ramy, haki, widelec) i skuteczność hamulców.
• Akumulator z BMS, bezpiecznik, wyłącznik awaryjny i okablowanie o odpowiednim przekroju.
• Sterownik sinusoidalny (FOC), czujniki odcięcia w klamkach, pasujące opony (najlepiej e‑bike/moped z homologacją).

Szczegółowa analiza problemu

• Geometria i obciążenia składaka

  • Zawias w połowie ramy i cienkie haki kół nie były projektowane pod wysoki moment z silnika. Już przy 1–1,5 kW moment w osi (nawet 120–180 Nm przy ruszaniu) może zniszczyć dropouty. Wymagane: minimum dwa ramiona momentowe (torque arms) ze stali 5–6 mm, obejmy zaciskowe na rurach, podkładki antyrotacyjne, ewentualnie wkładki wzmacniające haki.
  • Małe koła (16–20") zwiększają siłę reakcji w osi (większy przelicznik momentu), ale ułatwiają ruszanie. Przy „większym” skuterze rozważ koło 20" z oponą balonową 2.15–2.4", lub zestaw motocyklowy 16–19" (wymaga zaprojektowania mocowań hamulca i prześwitu).

• Bilans mocy a oczekiwana prędkość

  • Szacunkowe zapotrzebowanie na moc elektryczną (masa zestaw + jeździec ~100 kg, pozycja miejska, opona e‑bike/moped):
    • 30 km/h: ok. 0,45 kW
    • 45 km/h: ok. 1,2 kW
    • 60 km/h: ok. 2,6 kW
  • Zużycie energii:
    • 30 km/h: ~12–18 Wh/km
    • 45 km/h: ~24–32 Wh/km
    • 60 km/h: ~38–45 Wh/km
  • Zasięg = energia akumulatora [Wh] / zużycie [Wh/km]. Przykład: 52 V 20 Ah ≈ 1040 Wh → ok. 30–40 km przy 45 km/h.

• Dwie architektury napędu

  1. Hub (silnik w piaście)
     • Przekładniowy 250–750 W do kompaktowej, legalnej konwersji (wysoki moment przy małej masie).
     • Bezprzekładniowy (direct drive) 1,5–3 kW dla „skuterowej” jazdy, pozwala na hamowanie rekuperacyjne; wymaga solidnych ramion momentowych i mocnych szprych/obręczy (12G–13G, obręcz wzmocniona).
  2. Mid‑drive (centralny)
     • Skuteczny na podjazdach, używa przerzutek. W składaku często koliduje z zawiasem, stopką lub nietypową mufą suportu. Wersje >1 kW potrafią gwałtownie obciążać łańcuch/napęd.

• Zasilanie (ogniwa i BMS)

  • Legalnie/kompaktowo: 36–48 V, 10–15 Ah (360–720 Wh); markowe 18650/21700; BMS z odcięciem ładowania/rozładowania i czujnikiem niskiej temp. ładowania.
  • „Skuterowo”: 52–72 V, 20–40 Ah (1–3 kWh), BMS z ciągłym prądem ≥1,2× prąd sterownika (np. sterownik 60 A → BMS min. 75 A ciągłe).
  • Ładowarka CC/CV dopasowana do liczby ogniw (np. 20S Li‑ion: 84,0 V końcowe); prąd 0,3–0,5 C dla żywotności.

• Sterownik i osprzęt

  • Sterownik sinusoidalny (FOC), możliwość ograniczenia prędkości/mocy, e‑hamulec (rekuperacja dla DD), czujniki Halla, programowalne profile.
  • Okablowanie: silikonowe, elastyczne, ze „zapasem pętli” w miejscu zawiasu ramy; przekroje orientacyjnie:
    • do 30 A: 12 AWG (3,3 mm²)
    • 30–60 A: 10 AWG (5,3 mm²)
    • 60–100 A: 8 AWG (8,4 mm²)
  • Złącza: XT90‑S (anty‑iskrowe) lub QS8/AS150 dla >60 A. Bezpiecznik ANL/MEGA na plusie akumulatora (np. 1,25× prądu maks. sterownika). Wyłącznik główny i przycisk awaryjny.

• Hamowanie i opony

  • Dla >500 W zalecane hamulce hydrauliczne; tarcze 180–203 mm (skuterowo 203–220 mm, 4‑tłoczkowe zaciski).
  • Opony: ECE R75/e‑bike ready; przy „skuterze” mopedowe 2.5–3.0" poprawią trakcję i nośność, kosztem oporów toczenia.

• Chłodzenie i trwałość

  • DD: rozważ ferrofluid (tzw. „statorade”) i radiatory na piaście („hubsink”); monitoruj temp. stojana (<120°C).
  • Kontroler w obudowie z radiatorem, montaż w strumieniu powietrza; nie zamykać w szczelnej skrzynce bez przepływu.

• Integracja elektryki „skuterowej”

  • Przetwornica DC‑DC 72→12 V (10–15 A) do świateł, klaksonu i kierunkowskazów. Klamki z odcięciem. Oświetlenie: mijania, stop, kierunkowskazy, światło pozycyjne; zasilanie z 12 V przez bezpieczniki liniowe.

• Dwie przykładowe konfiguracje

  1. Kompakt/„legalny” (zachowanie składania)
     • Silnik: piasta przekładniowa 36/48 V, 250–500 W, koło 20"
     • Sterownik: 36/48 V, 15–18 A, PAS, opcjonalnie manetka (wg przepisów)
     • Bateria: 36 V 12 Ah (430 Wh) lub 48 V 10 Ah (480 Wh)
     • Hamulce: V‑brake klasy premium lub hydrauliczne 160–180 mm
     • Wzmocnienia: pojedyncze/double torque arm, peszle w miejscu zawiasu
  2. „Skuter” 2–3 kW (częściowa utrata funkcji składania)
     • Silnik: DD 2–3 kW w kole 20" mocnym lub w obręczy motocyklowej 16–19"
     • Sterownik: 60–80 A FOC, rekuperacja, programowalne limity
     • Bateria: 20S 30–40 Ah (1,5–1,8 kWh) lub 72 V 30 Ah (2,16 kWh)
     • Hamulce: hydrauliczne 4‑tłoczkowe, tarcze 203/203–220 mm
     • Mechanika: podwójne torque arms, podrama/kufer na baterię, stopki/podnóżki
     • DC‑DC 72→12 V, pełne światła i wyłącznik awaryjny

• Schemat blokowy połączeń (uproszczony)

  • Akumulator (+) → bezpiecznik ANL → wyłącznik główny/anty‑iskra → sterownik
  • Sterownik ↔ silnik (3 fazy + Halla), ↔ manetka/PAS, ↔ klamki z odcięciem, ↔ wyświetlacz
  • Akumulator (+) → DC‑DC → instalacja 12 V (światła/klakson/kierunki)
  • Port ładowania z zabezpieczeniem (osobny bezpiecznik, opcjonalny kontaktor ładowania)

• Krytyczne testy przed jazdą

  • Próba „na stojaku”: kierunek obrotów, prąd jałowy, odcięcie przy hamowaniu.
  • Test zginania wiązki przy składaniu (100–200 cykli) bez szarpania przewodów.
  • Próba hamowania awaryjnego z 25 i 40 km/h; brak ocierania opony o ramę/błotniki.
  • Pomiary temperatur: silnik/kontroler po 10–15 min na maks. dozwolonej mocy.

Aktualne informacje i trendy

• Powszechne sterowniki FOC z „field weakening” i rekuperacją dla DD poprawiają kulturę pracy i zasięg.
• Ogniwa 21700 (np. 5,0 Ah klasy 50E/50G do pakietów o umiarkowanym prądzie; P42A/NCR21700A do wysokich prądów) wypierają 18650 w projektach 1–3 kW.
• Coraz częściej stosuje się mopedowe obręcze/ogumienie w szybkich e‑bike’ach dla trwałości i bezpieczeństwa.
• W USA większość stanów przyjęła klasy 1–3 e‑bike (750 W; limity 20–28 mph), ale zakres dopuszczeń różni się stanowo. W UE/PL obowiązuje EPAC 250 W/25 km/h z asystą wyłącznie podczas pedałowania.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Obciążenia w osi: przy starcie 2–3 kW DD może generować >150 Nm na osi. To wyjaśnia konieczność podwójnych torque arms i zakazu „rozginania” aluminiowych widełek.
• Dobór bezpiecznika: wartość 1,25× prądu maks. sterownika; przykład 60 A → bezpiecznik 75 A.
• Temperatura i żywotność ogniw: unikać ciągłych rozładowań >1 C; ładowanie 0,3–0,5 C zwiększa trwałość; nie ładować Li‑ion poniżej 0°C.

Aspekty etyczne i prawne

• USA: przekroczenie 750 W lub jazda >28 mph bez homologacji może wymagać rejestracji jako moped/motorcycle (tytuł, ubezpieczenie, kask zgodny ze stanem).
• UE/PL: >250 W, >25 km/h lub manetka bez pedałowania klasyfikuje pojazd jako motorower – potrzebna rejestracja, OC, uprawnienia, oświetlenie wg przepisów i zakaz jazdy po drogach dla rowerów.
• Bateria: ryzyko termiczne – stosować markowe ogniwa, BMS, bezpieczniki i obudowy niepalne; nie ładować bez nadzoru.

Praktyczne wskazówki

• Jeśli chcesz „większego” w sensie gabarytu/stabilności: zastosuj długi wspornik bagażnika lub lekką podramę skręcaną z profilu 25×25×2 mm z usztywnieniami (trójkąty/gusy) mocowaną do mufy podsiodłowej i tylnych widełek – na niej posadź akumulator i dłuższe siodło. Sprawdź, czy po tej modyfikacji składanie ma sens.
• W miejscu zawiasu poprowadź wiązkę w miękkim oplocie i zostaw pętlę o promieniu >50 mm.
• Wodoodporność: złącza IP67, „drip‑loop” przed wejściem do obudowy kontrolera; lakier konforemny na PCB, jeżeli kontroler/wyświetlacz są narażone.
• Rozważ amortyzowaną sztycę i szersze opony (np. 20×2.4") dla komfortu zamiast komplikować zawieszenie.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Stara, aluminiowa rama składaka z wąskimi hakami może nie nadawać się do mocy >500–750 W – lepiej wymienić widelec/tylny trójkąt lub wybrać inną bazę.
• Zwiększenie średnicy kół bez zmian geometrii może podnieść środek ciężkości i pogorszyć prowadzenie; sprawdź prześwit błotników/hamulców.
• Rekuperacja w małych kołach i miejskiej jeździe daje umiarkowane odzyski (zwykle kilka procent), nie zastąpi dobrych hamulców.

Sugestie dalszych badań

• Dobór konkretnych ogniw 21700 pod prądy (wysokoprądowe vs. wysokopojemnościowe).
• Porównanie DD vs. przekładniowy hub dla kół 20".
• Projekt podwójnych torque arms do Twoich haków (rysunek DXF i dobór stali).
• Weryfikacja zgodności z przepisami w Twoim stanie/kraju (klasy e‑bike/moped).

Krótkie podsumowanie

• „Większy” składak‑skuter jest wykonalny, ale wymaga: wzmocnień mechanicznych (zwłaszcza haków i zawiasu), mocnych hamulców, poprawnego doboru akumulatora/BMS oraz sterownika FOC.
• Jeśli chcesz zachować pełne składanie i jeździć legalnie – celuj w 250–750 W (36–48 V) z PAS, pojedyncze/double torque arm, bateria 400–700 Wh.
• Jeśli priorytetem jest „skuterowe” przyspieszenie/prędkość – 1,5–3 kW (52–72 V), podwójne torque arms, hamulce 203–220 mm, bateria 1,5–2,5 kWh oraz podrama na osprzęt, zwykle kosztem składania i z innym reżimem prawnym.

Na koniec – doprecyzuj proszę:

• Jaki to konkretnie składak (model/materiał ramy, rozstaw haków przód/tył, rozmiar kół)?
• Docelowa prędkość i zasięg? Bardziej „legalny e‑bike” czy „skuter” 45–60 km/h?
• Czy akceptujesz utratę pełnego składania i ewentualne spawanie/śruby w ramie?
• Jaki budżet i masa jeźdźca/ładunku?
  Na tej podstawie dobiorę konkretny zestaw części (silnik, sterownik, bateria, hamulce) i narysuję schemat montażowy pod Twój egzemplarz.