Der Leitfaden für Ingenieure zu PEV-Modifikationen: Aufrüstung von E-Bikes und E-Scootern

Bevor wir überhaupt zum Lötkolben oder Inbusschlüssel greifen, müssen wir die Grundregeln festlegen. Das Modifizieren von Elektrofahrzeugen erfordert die Arbeit mit einer hohen Energiedichte. Ein Standard-52-V-E-Bike-Akku hat genug Leistung, um bei unsachgemäßer Handhabung schwere Verletzungen oder Brände zu verursachen. Als Ingenieure legen wir daher größten Wert auf die Berechnung der Sicherheitsfaktoren.

Die Leistungsgrenzen verstehen

Der häufigste Fehler in der DIY-Szene ist die „Übersehen des Flaschenhalses“. Fahrer rüsten oft nur eine Komponente auf, ohne das restliche System zu berücksichtigen. Merken Sie sich diese Abfolge:

1. Der Akku: Liefert den Strom (Ampere).

2. Das Batteriemanagementsystem (BMS): Regelt die Sicherheitsgrenzen.

3. Der Controller: Fordert die Leistung an und steuert sie.

4. Der Motor: Verbraucht die Energie und wandelt sie in Bewegung um.

Wenn Sie Ihren Controller auf 50 Ampere aufrüsten, das Batteriemanagementsystem (BMS) Ihrer Batterie aber nur für eine Dauerentladung von 30 Ampere ausgelegt ist, schaltet sich das System im besten Fall ab. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem thermischen Durchgehen. Überprüfen Sie daher immer die Dauerentladungsrate (C-Rate) Ihrer Batteriezellen, bevor Sie die Leistung erhöhen.

Der Realitätscheck

Geschwindigkeit deckt mechanische Schwächen auf. Ein für 24 km/h ausgelegter Rahmen verhält sich bei 56 km/h völlig anders. Bevor Sie Änderungen an Ihrem Elektrofahrzeug vornehmen, die das Drehmoment oder die Höchstgeschwindigkeit erhöhen, müssen Sie Ihre Bremsleistung verbessern. Mechanische Scheibenbremsen sind für Hochleistungsfahrzeuge selten ausreichend; die Umrüstung auf hydraulische 4-Kolben-Bremsen mit halbmetallischen Bremsbelägen ist meiner professionellen Meinung nach eine unabdingbare Voraussetzung für die Geschwindigkeitsoptimierung.

Elektroroller sind unglaublich praktisch, aber aufgrund ihres kleinen Raddurchmessers und ihrer Geometrie sind sie von Natur aus weniger stabil als Fahrräder. Wenn wir über Roller-Modifikationen sprechen, sollten wir uns vorrangig auf die Verbesserung der Stabilität und die Erhöhung der Reichweite konzentrieren.

Behebung des Lenkerflatterns

Lenkerflattern ist ein Resonanzfrequenzproblem, das durch den Nachlauf und den Lenkkopfwinkel der Vorderradgabel des Rollers verursacht wird. Wenn Sie mit Ihrem Roller schneller als 40 km/h fahren möchten, benötigen Sie einen Lenkungsdämpfer. Dieser Hydraulikkolben wirkt schnellen, unkontrollierten Lenkbewegungen entgegen und ermöglicht gleichzeitig normales Kurvenfahren. Die Installation eines Dämpfers erfordert in der Regel einen rahmenspezifischen Montagesatz (z. B. für das Zero 10X- oder Dualtron-Chassis).

Reifenwahl: Luftreifen vs. Vollgummireifen

Diese Frage wird immer wieder diskutiert. Aus technischer Sicht sind Luftreifen für Hochgeschwindigkeits-Modifikationen von Elektrofahrzeugen überlegen. Sie bieten eine Federung (Hysteresedämpfung) und eine bessere Traktion durch Verformung der Aufstandsfläche. Vollgummireifen verhindern zwar Reifenpannen, übertragen aber hochfrequente Vibrationen direkt auf die Lötstellen von Controller und Akku, was mit der Zeit zu Bauteilausfällen führen kann. Wenn Sie Ihr Fahrzeug leistungssteigernd modifizieren möchten, verwenden Sie hochwertige Luftreifen (z. B. PMT-Rennreifen) und ein Reifendichtmittel.

Parallelschaltung externer Akkus

Reichweitenangst ist ein häufiges Problem. Das Parallelschalten eines externen Akkus ist eine beliebte Modifikation, erfordert jedoch eine exakte Spannungsanpassung. Beide Akkus müssen beim Anschluss exakt die gleiche Spannung (innerhalb von 0,1 V) aufweisen, da der Akku mit der höheren Spannung sonst schnell Strom in den Akku mit der niedrigeren Spannung abgibt, was zum Schmelzen der Kabel und möglicherweise zu einem Brand führen kann. Ich empfehle dringend die Verwendung eines Ladeausgleichs-Kits für zwei Akkus, mit dem Sie zwei Akkus unterschiedlicher Kapazität (und sogar leicht unterschiedlicher Ladezustände) sicher betreiben können.

E-Bikes bieten eine solide Basis für individuelle Anpassungen, da Standard-Fahrradkomponenten genormt und weit verbreitet sind. Das elektrische Antriebssystem bringt jedoch zusätzliche Komplexität mit sich.

Tuning von Mittel- und Nabenmotoren

Die Vorgehensweise bei Modifikationen variiert je nach Motortyp:

• Nabenmotoren: Modifikationen umfassen hier üblicherweise die Einspritzung von Statorade (Ferrofluid), um die Wärme vom Stator an das Gehäuse abzuleiten. Dadurch können höhere Ströme durch den Motor fließen, ohne dass er überhitzt. Kühlrippen (externe Kühlkörper) sind ebenfalls eine sinnvolle Ergänzung für Direktantriebsmotoren.

• Mittelmotoren (z. B. Bafang BBSHD): Dies sind Getriebesysteme. Die beste Verbesserung ist hier der Austausch der serienmäßigen Nylon-Zahnräder gegen PEEK- oder Metallzahnräder, wenn hohe Leistungen gefahren werden. Darüber hinaus hilft der Austausch des Kettenblatts gegen ein Standard-Narrow-Wide-Profil, Kettenabwürfe zu vermeiden, die aufgrund des hohen Drehmoments häufig vorkommen.

Display und Ergonomie

Unterschätzen Sie nicht die Bedeutung der Benutzeroberfläche. Der Umstieg von einem einfachen LED-Display auf ein Farb-LCD (wie beim Eggrider V2) ermöglicht die Anpassung von Parametern während der Fahrt. Sie können verschiedene Profile erstellen: ein „Straßenzulassungs“-Profil, das auf die örtlichen Geschwindigkeitsbegrenzungen beschränkt ist, und ein „Gelände“-Profil, das volle Stromstärke und Gasannahme freischaltet. Dies entspricht im Prinzip einer Echtzeit-Neuprogrammierung des Fahrzeugsteuergeräts.

Jetzt betreten wir das Gebiet der fortgeschrittenen Elektrotechnik. Für echte Individualisierung müssen Sie sich von generischen Rechteckwellenreglern verabschieden und sich mit feldorientierter Regelung (FOC) auseinandersetzen.

Die VESC-Revolution

Die VESC-Architektur (Vedder Electronic Speed Controller) gilt als Goldstandard für PEV-Modifikationen. Im Gegensatz zu günstigen Reglern, die dem Motor einfach die volle Leistung zuführen, nutzen VESC-Regler komplexe Algorithmen zur präzisen Überwachung der Rotorposition. Das Ergebnis: geräuschloser Betrieb, unglaubliches Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und höhere Effizienz.

Wichtigste Vorteile von VESC:

1. Programmierbarkeit: Sie können präzise Kurven für Beschleunigung und Bremsung einstellen. Sie können die Stromstärke der Batterie begrenzen, um Ihren Akku zu schützen und gleichzeitig die Motorstromstärke für maximales Drehmoment zu maximieren.

2. Telemetrie: Verbinden Sie Bluetooth-Module, um Echtzeitdaten (Zellspannung, Reglertemperatur, Stromaufnahme) auf Ihrem Smartphone anzuzeigen.

3. Traktionskontrolle: Ja, Sie können eine Traktionskontrolle für lose Oberflächen programmieren.

Spannungsmodifikation: 48 V auf 72 V

Eine höhere Spannung steigert die Höchstgeschwindigkeit (die Drehzahl ist direkt proportional zur Spannung). Eine höhere Stromstärke erhöht das Drehmoment. Viele Enthusiasten rüsten ihre 48-V-Systeme auf 60 V oder 72 V auf. Dies ist eine Systemumstellung. Es reicht nicht, einfach nur den Akku auszutauschen; Sie müssen sicherstellen, dass die Kondensatoren Ihres Controllers für die höhere Spannung ausgelegt sind (üblicherweise 100-V-Kondensatoren für ein 72-V-System) und dass die Isolierung Ihres Motors der erhöhten thermischen Belastung standhält.

Als Spezialist für Energieintegration halte ich die Batterie für die wichtigste Komponente. Der Bau eigener Batterien ist die ultimative Herausforderung für Heimwerker, birgt aber auch das größte Risiko.

Zellenauswahl

Nicht alle 18650- oder 21700-Zellen sind gleich. Bei Elektrofahrzeugen priorisieren wir einen hohen Entladestrom gegenüber maximaler Kapazität.

| Zellmodell | Chemie | Kapazität | Maximale Dauerentladung | Optimal für |

| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |

| Samsung 30Q | INR | 3000 mAh | 15 A | Mittlere Leistung |

| Molicel P42A | INR | 4200 mAh | 45 A | Hochleistungs-Rennsport |

| Panasonic GA | NCR | 3500 mAh | 10 A | Große Reichweite, geringer Stromverbrauch |

| Samsung 50S | INR | 5000 mAh | 25 A | Ausgewogene High-End-Konfigurationen |

Verarbeitungsqualität

Ein individueller Akku muss vibrationsfest sein. Dies erfordert die Verwendung von Reinnickelstreifen (geprüft im Salzbad oder Schleiftest), präzises Punktschweißen und Isolierpapier an den Pluspolen. Verlassen Sie sich niemals allein auf Schrumpfschlauch, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Der gesamte Akku sollte mit Neopren gepolstert und sicher im Gehäuse montiert werden, um Bewegungen zu verhindern.

Manchmal kauft man das beste Elektrofahrrad nicht, sondern baut es selbst. Der Umbau eines Standardfahrrads oder eines alten Mopedrahmens ermöglicht die vollständige Kontrolle über die Komponenten.

Der Spenderrahmen

Für E-Bike-Umbauten eignen sich Rahmen mit Scheibenbremsaufnahmen und Standard-Tretlagergehäusen (BSA-Gewinde ist am einfachsten zu verarbeiten). Stahlrahmen (Chromoly) werden für leistungsstarke Nabenmotoren oft Aluminium vorgezogen, da Stahl unter dem Drehmoment der Achse leicht nachgeben kann, ohne zu brechen.

Drehmomentstützen

Wenn Sie einen Nabenmotor an einem Fahrrad montieren, das nicht dafür ausgelegt ist, sind Drehmomentstützen unbedingt erforderlich. Die Ausfallenden des Fahrrads sind dafür ausgelegt, ein Rad zu halten, nicht aber, der Drehkraft eines 1000-W-Motors standzuhalten. Eine Drehmomentstütze leitet diese Drehkraft weiter nach oben am Rahmen. Ohne sie kann sich die Motorachse durchdrehen, die Ausfallenden auseinanderdrücken und die Motorkabel beschädigen.

Korrekte Verkabelung

Eine fachgerechte Verkabelung unterscheidet eine Pfuscherei von einem professionellen Projekt. Verwenden Sie Amass XT90-S-Steckverbinder (funkenfrei) für den Hauptbatterieanschluss. Verwenden Sie geeignete Crimpwerkzeuge für JST- oder Julet-Steckverbinder an den Signalleitungen. Achten Sie außerdem auf eine ordnungsgemäße Zugentlastung. Zu fest angezogene Kabelbinder können die Isolierung mit der Zeit beschädigen; verwenden Sie daher Spiralkabel oder geflochtene Kabelummantelungen, um Ihren Kabelbaum vor Abrieb zu schützen.

Leistung bedeutet nicht nur Geschwindigkeit, sondern auch Präsenz. In der Welt der Elektrofahrzeuge ist Sichtbarkeit gleichbedeutend mit Sicherheit.

Integrierte Beleuchtung

Die meisten Standardleuchten sind unzureichend. Durch Anzapfen der Hauptbatterie (mithilfe eines DC/DC-Wandlers zur Reduzierung der Spannung auf 12 V) können Sie eine Motorradbeleuchtung installieren. Ich empfehle Leuchten mit einer klar definierten Hell-Dunkel-Grenze, damit Sie einen hellen Lichtstrahl auf die Straße projizieren können, ohne den Gegenverkehr zu blenden. LED-Streifen (Unterbodenbeleuchtung) mögen auffällig wirken, verbessern aber aus Sicherheitsgründen Ihre Sichtbarkeit an Kreuzungen deutlich.

Individualisierung

Das Bekleben des Decks oder Rahmens mit Vinylfolie ist eine kostengünstige Möglichkeit, Ihr Fahrzeug zu personalisieren. Achten Sie jedoch darauf, die Belüftungsöffnungen für den Controller nicht zu verdecken. Auch der 3D-Druck spielt hier eine wichtige Rolle – das Drucken von individuellen Schutzblechen, Kabelführungen oder Leuchtenhalterungen ist eine hervorragende Möglichkeit, ergonomische Probleme zu lösen.