Lo sviluppo di motori elettrici brushless compatti e leggeri, e batterie sempre più performanti, ha reso disponibile sul mercato una ampia scelta di biciclette elettriche adatte a tutte le esigenze. In questo articolo condivido alcune considerazioni e consigli pratici che possono essere utili per chiunque voglia valutare l'acquisto di una prima bicicletta elettrica, ma soprattutto per chi, come me, volesse cimentarsi nell'acquisto di un kit per trasformare in ebike una bicicletta tradizionale acquistata anni fa.

L'acquisto di una bici elettrica o l'elettrificazione di una bici può essere presa in considerazione sia per esigenze sportive, sia per aumentare l'uso quotidiano della bicicletta ed in particolare per rendere più agevole il cosiddetto bike to work, cioè l'uso della bici per recarsi al lavoro. Nel mio caso, per esempio, la distanza casa-lavoro è di soli 11 km, ma per evitare le strade più trafficate e percorrere una bella ciclabile i chilometri diventano 14, e si sviluppano parzialmente su stradine tra i campi non asfaltate; il tempo di percorrenza, con una mountain bike tradizionale (muscolare), aumenta a circa 45 minuti contro i 20 minuti in auto, e lo sforzo provoca una sudorazione eccessiva, soprattutto nei mesi caldi, a meno di mantenere un'andatura molto tranquilla con tempi ancora maggiori.

L'acquisto di una bici elettrica, coi prezzi attuali, mi è sembrato poco razionale considerato che ho già un'auto elettrica: le MTB Decathlon partono da 8-900 euro (prezzi di ottobre 2023). Ho quindi valutato, considerata anche la mia esperienza e le capacità manuali, l'acquisto di un kit universale per elettrificare una delle 3 bici muscolari quasi inutilizzate da anni.

Ma prima di proseguire è opportuno chiarire i requisiti da rispettare per non rischiare conseguenze molto pesanti.

I requisiti tecnici per rispettare la legge: la bicicletta a pedalata assistita

E' importante capire subito che il termine bici elettrica (e-bike in inglese) è generico e comprende sia biciclette equiparate ai velocipedi, quindi senza obbligo di assicurazione né targa, sia biciclette elettriche più potenti che sono equiparate ai ciclomotori, con i conseguenti obblighi di legge.

L'articolo 50 del Codice della Strada afferma che i velocipedi sono veicoli funzionanti a propulsione esclusivamente muscolare; sono altresì considerati velocipedi le biciclette a pedalata assistita, dotate di un motore ausiliario elettrico avente potenza nominale continua massima di 250 W, la cui alimentazione è progressivamente ridotta ed infine interrotta quando il veicolo raggiunge i 25 km/h o prima se il ciclista smette di pedalare. I velocipedi a pedalata assistita possono essere dotati di un pulsante che permetta di attivare il motore anche a pedali fermi, purchè con questa modalità il veicolo non superi i 6 km/h.Quindi in Italia e in Europa solo le e-bike che rispettano queste regole non sono soggette, come le bici, a omologazione e targa. Queste bici a pedalata assistita sono anche dette EPAC (Electric Pedal Assisted Cycle) o Pedelec.

Se la bici non rispetta queste semplici regole viene invece equiparata a un ciclomotore e si può incorrere nelle seguenti sanzioni molto severe:

- Sequestro amministrativo per mancanza di certificato di circolazione

- Sequestro amministrativo per mancanza di assicurazione

- fermo amministrativo del veicolo per giorni 30 per mancanza della targa

- sequestro amministrativo se il conducente è senza casco

- fermo amministrativo se il conducente è senza patentino o patente idonea

Nelle fasi di acquisto di un kit o una e-bike bisogna quindi fare molta attenzione, soprattutto se si acquista online, ed accertarsi che le specifiche tecniche del kit o della bici rientrino nei limiti di legge.

In particolare il contributo del motore deve cessare quando il ciclista smette di pedalare, e questo rende necessaria la presenza di uno specifico sensore di pedalata, mentre per lo stesso motivo è illegale qualsiasi acceleratore che azioni il motore anche in assenza di pedalata.

Caratteristiche tecniche importanti di bici e kit

Il kit per elettrificare la bici deve quindi comprendere il motore elettrico con relativo controller, il sensore di pedalata ed una serie di accessori non tutti obbligatori (display, cavi e connettori, leve freni, faro); bisogna fare attenzione perché spesso la batteria non è compresa nel kit e va acquistata separatamente. Tutti i kit attuali sono basati su motori brushless (senza spazzole) e contengono oltre al motore il controller specifico per pilotarlo.

La sicurezza meccanica

Il materiale del kit aggiunge qualche chilogrammo di peso al mezzo e fornisce 250W di potenza aggiuntiva rispetto alla potenza muscolare, aumentando le sollecitazioni alle quali verrà sottoposta la bici. E' quindi necessario fare un controllo ed una manutenzione preliminare per evitare il rischio di rotture e incidenti. In particolare il telaio e le eventuali sospensioni della bici scelta dovranno essere in buone condizioni e non presentare segni di cedimento o cricche nei tubi e nelle saldature. Anche l’impianto frenante deve essere efficiente, considerato che dovrà arrestare in sicurezza una bici più pesante e che andrà a velocità mediamente più elevata.

Esistono diverse tipologie di motorizzazioni, ognuna con pro e contro e con diverse implicazioni sulla ciclistica. Ecco qualche considerazione per aiutare nella scelta.

Motore a rullo

Il motore a rullo ricorda lo storico Velosolex degli anni 50, un piccolo motore a scoppio che poteva essere applicato alle bici e che andava ad agire direttamente sul copertone di una delle due ruote, trasmettendo la potenza grazie all'attrito tra rullo e copertone. Nella foto una versione relativamente moderna

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La soluzione attuale con motore elettrico è molto più compatta ma è probabilmente la soluzione meno diffusa: il costo è elevato, il montaggio non sempre facile e la trasmissione della potenza può essere problematica in caso di ruota bagnata o poco tassellata.

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Motore nel mozzo anteriore

Il motore nel mozzo anteriore è la soluzione più economica e più semplice da montare, anche perchè la larghezza tra i gambi forcella (dropout) è standard e uguale a 100mm per tutte le bici normali; basterà quindi scegliere il kit con il diametro della ruota uguale a quello della nostra bici.

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Può sembrare interessante perché, considerata la trazione applicata dai nostri muscoli alla ruota posteriore, permette di avere una bici a trazione integrale! Ma gli svantaggi di questa soluzione devono spingere a sceglierla solo in caso di impraticabilità delle altre soluzioni e di impiego molto leggero, su strade pianeggianti o con pendenze moderate. Infatti con questa soluzione la bici viene "tirata", e non spinta, da una forza che agisce sull'estremità della forcella, che non è progettata per questo; le sollecitazioni possono quindi danneggiare sia la forcella (anche se telescopica e robusta) sia il cuscinetto di sterzo. Un altro svantaggio grave e da non sottovalutare è che in caso di bassa aderenza, per esempio strada bagnata o presenza di brecciolino, l'elevata coppia del motore elettrico può provocare lo slittamento della ruota anteriore, e in tal caso una caduta rovinosa è molto probabile.

Motore nel mozzo posteriore

E' la soluzione che garantisce costo basso e un montaggio solo leggermente più complicato di quello del kit nel mozzo anteriore.

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La potenza aggiuntiva agisce sul triangolo posteriore del telaio, che è indeformabile e progettato per resistere alle sollecitazioni. Il motore non utilizza la catena e i rapporti della bici ma agisce direttamente sulla ruota posteriore, quindi come il kit anteriore permette anche la pedalata "simulata": basta mettere in rotazione i pedali, anche senza applicare sforzo, per avere la spinta aggiuntiva. Permetterebbe di rientrare a casa anche con la catena rotta per intenderci! L'unico svantaggio è che questa soluzione non può essere usata in salite estreme, soprattutto fuoristrada, proprio perché non sfrutta il cambio.

Il dropout posteriore standard (distanza interna tra le due forcelline posteriori) è di circa 140mm. Il montaggio del kit rende necessario verificare il tipo di pignone presente sulla bici. Il gruppo pignone a ruota libera (freewheel), usato in passato o su bici economiche, è caratterizzato dalla filettatura che permette di montarlo sul mozzo semplicemente avvitandolo; viene serrato dallo sforzo sui pedali e questo può rendere difficoltoso il suo smontaggio che va effettuato con un piccolo estrattore. La filettatura può cambiare!

Il pignone a cassetta, tipico di bici tecniche e/o con 8 o più rapporti, viene montato calzandolo su un apposito corpo scanalato (la cassetta) solidale con il mozzo, e serrato con una ghiera filettata terminale. Questo rende più veloci le operazioni di smontaggio e pulizia, ma le scanalature possono cambiare perché esistono vari standard; in foto è visibile quello Shimano MTB 7/11, adatto per cambi da 7 a 11 rapporti e pignone minimo da 11 denti che è quello usato su molte bici di livello economico o medio, come le mountain bike Decathlon in mio possesso.

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Bisogna quindi scegliere il kit giusto, avente lo stesso diametro della ruota e lo stesso tipo di gruppo pignoni, e se il gruppo pignoni non è compreso nel kit bisognerà acquistarne uno nuovo, o riutilizzare il vecchio se in buone condizioni. Per lo smontaggio e il montaggio dei pignoni servono un piccolo estrattore e una chiave "a frusta", ma ci si può rivolgere a una officina di assistenza bici o al reparto bici presente nei negozi Decathlon e in altri negozi per sportivi.

Motore centrale (mid drive)

Il motore centrale viene montato al posto del movimento centrale originale; potenza e coppia sono applicate all'asse dei pedali e quindi questa soluzione sfrutta sia il cambio che la catena, permettendo efficienza e prestazioni migliori e rendendolo adatte anche a salite molto impegnative e fuoristrada. E' per questo che è la soluzione più utilizzata sulle biciclette in commercio, in particolare le mountain bike.

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Questi kit sono solitamente più costosi e il loro montaggio richiede competenze meccaniche maggiori perché va smontato il movimento centrale, e il motore va fissato saldamente al telaio per evitare rotazioni indesiderate e rotture.

Controller e display

Il kit completo deve comprendere questi due componenti. Il controller o centralina è specifico per il motore compreso nel kit, e dimensionato in base alla tensione di funzionamento, alla potenza massima e al numero di poli del motore brushless. Per i kit che rispettano i limiti di legge (250W) viene di solito scelta una tensione nominale di 36V, dalla quale si ricava una corrente massima di circa 7 A. L'attuale componentistica elettronica permette di realizzare controller molto efficienti e di dimensioni ridotte, nella foto è visibile il mio controller fissato sotto la sella.

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Il display fornisce una serie di informazioni tradizionali, come velocità istantanea, velocità massima, distanza percorsa e tempo, e offre ovviamente alcune funzioni specifiche per la motorizzazione elettrica, come l'indicazione di carica residua e la possibilità di regolare la potenza fornita dal motore, restando ovviamente nei limiti di legge; in tal modo il ciclista può scegliere se fare meno fatica o, a parità di sforzo, andare più veloce. In foto il display KT-LCD5 compreso nel mio kit, che offre 5 livelli crescenti di assistenza e permette anche di accendere il faro compreso nel kit.

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Leve freni con contatto

Molti kit contengono anche una coppia di leve freni con integrato un micro interruttore che, in caso di frenata, toglie immediatamente potenza al motore.

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Il montaggio di queste leve può essere difficoltoso, per esempio nel mio caso le leve originali sono solidali con i comandi del cambio e non possono quindi essere sostituite dalle leve del kit. Il montaggio di queste leve però non è obbligatorio, e comunque quando si azionano i freni solitamente è istintivo interrompere la pedalata, quindi il motore viene disalimentato anche in assenza di queste leve.

Il sensore di pedalata

Esistono attualmente due diversi sensori di pedalata, e ogni bicicletta a pedalata assistita può averne uno o entrambi.

Il sensore PAS (Pedal Assist Sensor) è un semplice sensore di cadenza. E' basato su una serie di magneti posti su un disco che ruota solidale coi pedali; la centralina avvia la trazione quando riceve il segnale generato dal sensore, e fornisce una potenza costante o dipendente dalla velocità di rotazione, ma indipendente dallo sforzo esercitato sui pedali. Per questo motivo permette una pedalata “simbolica”, ed è adatto anche a persone poco allenate o con difficoltà motorie, o per chi vuole faticare il meno possibile o considera la bici solo un mezzo ecologico alternativo ad un mezzo a motore termico.

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Il sensore di coppia è un sensore di pedalata più raffinato e fornisce alla centralina un segnale proporzionale allo sforzo applicato ai pedali. Di solito misura la torsione dell'asse dei pedali, ed è usato prevalentemente con motore centrale.

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Questo sensore fornisce una sensazione più naturale e più adatta all'uso sportivo perché amplifica la nostra forza; inoltre in salite estreme il motore elettrico parte anche con i pedali ancora fermi, e permette una modulazione maggiore della potenza, utile in passaggi difficili specie in fuoristrada.Permette anche una riduzione dei consumi, proprio perché esige sempre un certo contributo del ciclista.

Lo svantaggio, oltre alla maggiore difficoltà di montaggio, è che per raggiungere la massima potenza è necessario uno sforzo consistente, e quindi in caso di stanchezza cala anche il contributo fornito dal motore.

La batteria

L'evoluzione delle batterie al litio ha permesso di sviluppare batterie per e-bike leggere e portatili, solitamente montate su un supporto fisso e asportabili agendo su apposita chiave. La forma allungata e rastremata permette di solito di collocarle all'interno del triangolo formato dai tubi del telaio, tra manubrio e sella. Vengono ricaricate con un apposito caricabatterie da collegare ad una presa di corrente, e possono essere estratte velocemente dal supporto, per evitare furti o per ricaricarle separatamente.

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La scelta della batteria dipende dall'autonomia che si vuole ottenere e quindi dalla tensione e dagli amperora (Ah) caratteristici della batteria, ma a differenza di altri veicoli il calcolo dell'autonomia residua in chilometri dipende fortemente da una variabile che non è possibile prevedere, che è lo sforzo esercitato sui pedali. Per usi intensi o sportivi quindi sarà il ciclista, in base all'esperienza sua o di altri, a valutare quale batteria acquistare.

In questa sede possiamo solo fare una stima di massima legata ad un uso stradale e essenzialmente in piano.

Le batterie più diffuse hanno una tensione nominale di 36 o 42 V; tensioni superiori possono essere pericolose in caso di pioggia o contatto accidentale (folgorazione) e vanno quindi riservate a usi sportivi e consapevoli.

I costruttori forniscono inoltre la capacità C della batteria in amperora (Ah), che indica quale corrente può erogare la batteria e per quanto tempo; i valori tipici vanno da 10 Ah in su, una batteria da 10Ah può erogare, per esempio, 1 A per 10 ore o 5 A per circa 2 ore alla sua tensione nominale.

Più significativa è la “capacità energetica”, o meglio l'energia E accumulata nella batteria e misurata in wattora (Wh); si ottiene semplicemente moltiplicando la tensione nominale per la capacità in amperora, e permette di stimare l'autonomia massima ottenibile se si conosce una stima dei consumi della bicicletta.

Per fornire un esempio di calcolo ecco i dati rilevati dai primi test sulla mia e-bike.

Batteria da 36 V 12,5 Ah -> energia accumulata E=450 Wh

Consumo approssimato da batteria con percorso pianeggiante tra 6 e 10 Wh/km, a seconda dello sforzo effettuato sui pedali e dalla velocità media mantenuta (mountain bike con pneumatici tassellati, misura fatta a circa 15°C)

Dividendo l'energia accumulata per il consumo si ottiene un'autonomia in piano compresa tra 45 e 75 km, a seconda della velocità e del contributo muscolare del ciclista.

E' sempre opportuno scegliere una batteria che offra un'autonomia teorica superiore di almeno il 30% rispetto alla distanza che dovremo percorrere tra una ricarica e la successiva, per tutelarsi dalle dichiarazioni spesso ottimistiche dei venditori, e dal calo invernale di capacità effettiva che subiscono tutte le batterie.

Nel prossimo articolo

Nel prossimo articolo fornirò dati più precisi su costi e caratteristiche del kit scelto da me, alcune informazioni sul montaggio e le prime misure al banco e su strada.

Riferimenti

Molte informazioni e consigli sull'acquisto del kit le ho ricavate da jobike, il forum sulle e-bike più frequentato e qualificato

forum jobike

La discussione più frequentata su Spike, la mia elettrobicicletta, è questa su electroyou

Spike su Electroyou

ma Spike è presente anche su jobike

Spike su Jobike

A chi fosse interessato ad altri articoli sugli argomenti da me trattati (LED, veicoli elettrici, risparmio energetico, gestione batterie e altro) segnalo questo mio articolo che riassume e riporta il link a tutti i miei articoli:

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Buona lettura!