Hoe werkt het elektrische systeem van een e-bike?

Tien jaar geleden werden e-bikes voornamelijk gebruikt door senioren en een enkeling die zonder een beetje extra trapondersteuning niet heel ver kwam. Tegenwoordig is er voor iedere doelgroep een e-bike te krijgen. Of je nu een elektrische fiets zoekt om heel veel goederen (of kinderen) te vervoeren, om dagelijkse een flink eind naar je werk te rijden of om met een duwtje in de rug toch sportief bezig te zijn op de weg of in het terrein, voor elk van deze toepassingen is een elektrische fiets te vinden. Waar al deze fietsen enorm veel verschillen kennen in techniek, zithouding, gebruiksdoel of uiterlijk, daar bezit iedere e-bike in hoofdlijnen een vergelijkbaar elektrisch systeem. In dit artikel leggen wij uit hoe dit systeem werkt en welke varianten er bestaan. 

De e-bike inside-out

Om te begrijpen hoe een e-bike ervoor zorgt dat je altijd dat duwtje in de rug hebt, en waarom dat duwtje bij iedere fiets anders voelt moeten we eerst uitleggen hoe het elektrisch ondersteuningssysteem werkt. Al zijn er zeer veel verschillende systemen op de markt, in essentie bestaan ze uit dezelfde onderdelen en functioneren ze op dezelfde manier. Iedereen weet dat een e-bike een motor en een accu bevat, welke kunnen worden gezien als de spieren en de energievoorraad van de fiets.

In de accu zit een bepaalde hoeveelheid energie opgeslagen welke de motor gebruikt om je sneller, harder dan wel verder te laten fietsen. Om deze energie te kunnen controleren zit er tussen de batterij en de motor een controller, een kleine computer, die alle informatie van de fiets continu verwerkt. Deze informatie haalt de controller uit de diverse sensoren en instellingen die je als gebruiker kunt maken. Zonder een van bovenstaande componenten kan het systeem niet functioneren en zal de e-bike een foutcode geven of helemaal niet aan gaan.  

De accu 

De accu kan gezien worden als de maag van het systeem. Een goed opgeladen accu bevat energie om je vele kilometers vooruit te helpen. Deze energie is opgeslagen in een aantal oplaadbare cellen gekoppeld in een complete accu. Sommige e-bikes hebben een verwisselbare accu, andere hebben een vaste accu in het frame. Een verwisselbare accu is gemakkelijk extern op te laden en eventueel zou je een tweede kunnen aanschaffen om nog verder te fietsen zonder tussentijds te moeten opladen.

Een interne batterij is vaak mooi weggewerkt en biedt minder kans op diefstal. Dit is handig, want de accu is misschien wel het duurste onderdeel van je mooie e-bike. Iedere accu bevat een eigen BMS (Battery Management Systeem), de BMS zorgt ervoor dat de cellen op de juiste manier worden (ont)laden en vertelt jou via het display (of een app) hoe ver je nog zou moeten kunnen rijden op de lading. Een accu kan je gemiddeld gezien 500 tot 1000 keer volledig opladen. Na verloop van tijd neemt de inhoud, en dus de range van je accu wel langzaam af.  

De motor 

De motor van je e-bike zorgt voor vermogen en dus snelheid. In Europa mag een e-bikemotor continu 250 watt leveren en tot 25 kilometer per uur ondersteunen. Een speed-pedelecmotor mag 500 watt continu vermogen hebben en tot 45 kilometer per uur ondersteunen. Als je bedenkt dat een topwielrenner rond de 400 watt continu kan leveren, wordt direct duidelijk hoeveel hulp een e-bike kan bieden. Piekvermogens liggen een stuk hoger, wat ervoor zorgt dat de ene fiets sneller optrekt dan de andere. Een elektromotor is een serie koperen draden en magneten, via magnetisme zorgt de motor voor omwentelingen.

Deze motor kan in een van beide wielen, of in de trapas van je fiets zitten. Deze drie oplossingen hebben elk hun eigen voor- en nadelen. Een trapas, ook wel bekend als middenmotor zorgt dat je zwaartepunt laag is en de wielen licht gehouden kunnen worden, ideaal voor een sportieve fiets. Voorwielmotoren geven – tezamen met je trapbeweging -tweewielaandrijving, wat zeer snel en vertrouwd aan kan voelen, vooral bij optrekken. Een achterwielmotor is geïntegreerd in de achternaaf, wat ervoor zorgt dat de rest van de aandrijving minder belast wordt. Voornamelijk het rijgevoel tussen de drie oplossingen is echt anders, ga dit dus testen en vergelijken voordat je een nieuwe e-bike aanschaft.  

De controller 

Tussen de motor en de accu zit een controller, het zenuwcentrum van de fiets. Deze controller is een kwetsbaar elektronisch component welke bijna altijd ergens in het frame verstopt zit. Bij veel middenmotoren zit de controller geïntegreerd in de motor. Deze controller ontvangt dus informatie van de diverse sensoren en verwerkt de gegevens, waarna een bepaalde ondersteuning wordt geboden. De meeste controllersystemen hebben meerdere instellingen die je als gebruiker kan kiezen aan de hand van je voorkeur of de situatie.

Kies je voor de hoogste stand, dan zal de fiets tijdens het optrekken het piekvermogen aan de motor doorgeven. Terwijl in de eco-stand het systeem minder stroom afgeeft, zodat je uiteindelijk zelf meer vermogen moet leveren. De controller is misschien wel het minst zichtbare deel van je e-bike, wel zorgt deze ervoor dat de rest van het systeem altijd doet wat het moet doen. In de afgelopen jaren is de ontwikkeling van controllers zeer snel gegaan, het brein van de huidige e-bike werkt zeer snel en intelligent.  

De sensoren 

De controller heeft data nodig om de motor op een juiste manier aan te sturen. Deze informatie wordt op meerdere manieren vergaard door diverse sensoren in het systeem. Minder gecompliceerde systemen rekenen enkel op basis van de snelheid van de fiets en de rotatiesnelheid van de cranks, zo weet de bike in welke versnelling je rijdt en ongeveer hoeveel ondersteuning wenselijk is.

Meer complexe systemen hebben naast snelheid en trapsnelheid ook een torque-sensor. Deze torque-sensor is een vermogensmeter welke exact bepaalt hoeveel kracht jij zelf levert. Op basis van die input wordt de ondersteuning bepaald. In situaties waarbij de weerstand voor fietsers wisselend is, tijdens een beklimming of met flinke wind tegen bijvoorbeeld, kan een vermogenssensor zeer nauwkeurig de ondersteuning bepalen. Naast deze voor de rit essentiële informatie bestaan er bijvoorbeeld sensoren die de locatie van de fiets kunnen bepalen, die de verlichting aansturen als het donker wordt of andere functies van de fiets kunnen controleren. Maar voor de rijbeleving draait het volledig om snelheid, trapsnelheid en geleverd vermogen.  

Display & user interface 

Alle voor de rijder interessante informatie over het systeem wordt meestal gedeeld via een display. Deze display kan op het stuur, in je frame of via een app op je telefoon worden weergeven. Sommige systemen bieden een enorme schat aan informatie, andere houden het op enkele gekleurde leds die de ondersteuningsmodus en batterij-status aangeven. Naast het tonen van informatie worden er langzaam maar zeker steeds meer gebruiksfuncties toegevoegd. Sommige systemen hebben een geïntegreerde toeter/elektrische bel, andere kunnen volledig automatisch het schakelen van je versnellingen overnemen. Waar het display in eerste instantie niet meer dan snelheid en batterijstatus weergaf, daar bestaat inmiddels de mogelijkheid om volledig connected boordcomputers op je stuur te hebben.  

E-bike of speed-pedelec 

Zoals al bij de motoren beschreven bestaan er dus twee type e-bikes. Een normale e-bike ondersteunt tot maximaal 25 kilometer per uur, een speed-pedelec kan ondersteunen tot 45 kilometer per uur. De e-bike wordt gezien als fiets, wat betekent dat je op het fietspad mag/moet fietsen, en zelf mag bepalen of je een helm draagt. Een speed-pedelec kan worden gezien als brommer waarbij je zelf nog mee moet trappen. Dit betekent dat de fiets gekeurd moet zijn, op de juiste manier dient te zijn verzekerd en een brommerkenteken heeft.

Als bestuurder heb je een bromfietsrijbewijs nodig en je moet een gekeurde helm dragen. Speed-pedelecs zijn ideale fietsen voor mensen die langere afstanden snel willen afleggen, een woon-werkrit van dertig kilometer of meer is prima te doen. In het verkeer rijdt een speed-pedelec op een (brom)fietspad of op de rijbaan tussen het andere verkeer, je mag dan dus niet op het fietspad rijden. Het elektrische systeem van een speed-pedelec verschilt in essentie niet veel van een e-bike. De hogere snelheid en sterkere motor vragen echter wel meer stroom, meestal zie je daarom vaak dat grotere accu’s met meer capaciteit worden gebruikt.  

Welk systeem moet ik kiezen? 

Bij de keuze van een e-bike is het belangrijk om te bepalen waar je de fiets voor gaat gebruiken, en het systeem uit te zoeken wat daar goed bij past. Het is bijna nooit mogelijk om componenten van verschillende systemen uit te wisselen. Evenals de framemaat of wielmaat is het gebruikte e-bikesysteem een vaste waarde op de gekozen fiets. Indien je voor aankoop goed bedenkt wat je verwacht van de batterij, ondersteuning en andere specificaties wordt het gemakkelijker om een goede keuze te maken wat betfreft een voor jou ideaal elektrisch systeem.  

Tekst door Thomas Ettema 

Deze Travel rubriek staat in het laatst gepubliceerde magazine: Electrified E-Bike Magazine #1 2021. Deze kun je bestellen in de Soul Webshop. Ook is het blad beschikbaar in de Soul Kiosk App. Wil je voortaan geen nummer van je favoriete magazine meer missen? Word dan snel abonnee van Electrified E-Bike Magazine!