2026/02/26 22:41
ロングレンジ電動自転車（2021）
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要約▶
Japanese Translation:
概要：
本記事は、電動自転車が内燃機関車両や電気自動車と並び、中距離通勤において競争力を持つこと（特にオランダのようなe‑bike販売が急速に拡大している地域で）を主張しています。これを実証するため、著者は10S17P構成で約170個のSamsung E35（18650）セルからなる2150 Whの高容量バッテリーパックを作製しました。この組立には外部Bluetooth対応セルバランサーが必要で、Bosch BMS DRM制限を回避し、多数のセルを追加した際に「ブリック化」する危険性を防ぎました。パックはリアキャリアに収まらなかったため、自転車フレーム内部に設置され、高い重心配置となり、慎重な絶縁（trespa、polymax、PVC角）を要しました。溶接作業では電源供給が限定的（オーブンソケットのみ）であり、セルごとに複数の溶接点が必要でしたが、夜間稼働によって電圧変動を低減できました。初回充放電テスト後、パックは目標容量2150 Whを達成しました。実際の走行試験では数時間で約130 kmを走破し、フルパワー時には約180 km、Ecoモードでは500 km以上の航続距離が見込まれます。これは典型的なe‑bikeパック（500 Whで約55 km）を大きく上回ります。
著者は次世代版として、エンクロージャーをわずかに広げ、内部接続部の厚さを0.20 mmへ（現状0.15 mm）変更し、防水性を改善する計画です。これにより他のホビイストがe‑bikeバッテリーを改造しやすくなり、メーカーにはモジュラーでBMSフレンドリーなソリューションを提供するよう促したいと考えています。連絡先（jacques@modularcompany.com）が記載されており、本稿はe‑bikeを実用的な通勤車として認識し、安全性、長寿命、およびユーザー主導のバッテリーデザインの重要性を強調して読者に呼びかけています。
本文
電気自動車は内燃機関車より優れていますが、e‑バイクの方がさらに素晴らしいです。
環境負荷が格段に低く、通勤など中距離移動に最適であるため、オランダでは電気自動車を遥かに上回る販売台数を誇ります。
しかしe‑バイクにも限界があります。通常のe‑バイクは最高速度が25 km/hに制限されており、一度の充電で走行できる距離も限定的です。
ほとんどのe‑バイクはリチウムイオンセル（主に18650）を採用し、最も手頃なセルでも約3 400 mAhです。典型的には10S4Pまたは10S5P構成で40〜50個のセルが使われます。
私の初めてのe‑バイクはかなり粗末でしたが、興味をそそるほど十分な性能でした。500 Whのバッテリーを搭載しており、片道55 kmまで走れました。到着時には電力切れになるため、余裕ある範囲や往復用に中古の予備バッテリーを購入しました。実際に使うと25 km/hは速くありませんが、非常に古い10速自転車よりは速く、前回の事故で脚に金属やネジが埋まっていた私には、加速時に必要な力が少なくて済むという利点がありました。
半年間続けるとイライラしました。モーターの最高速度を超えて走るとすぐに飽きてしまうため、「普通」の自転車を使いたくなるからです。それでも、車の利用頻度は半減以上に減少し、このプロジェクトを続ける価値があったと言えます。
そこで私はS‑Pedelec（バイクとモペットの中間的存在）を発見しました。最高速度は45 km/hですが、航続距離はさらに悪く、技術上はモペットに分類されるため保険・ナンバーが必要で、交通量の多い道路で走らなければならず、安全性は低いです。私はRiese & Mueller「Charger」を購入しました。構造品質とブレーキ性能、安定感は抜群ですが、高速化により航続距離はさらに短くなります。500 Whのバッテリーで良好な日には約45 kmしか走れません。予備バッテリーを3本用意しバッグで持ち替えるのは不便で、荷重配分も理想的ではありません。
そこで航続距離を延ばすために大容量バッテリーを組み立てることにしました。これが私をバッテリーパック製造とBosch e‑bikeシステムの世界へと引き込みました。BMS（電池管理システム）のモーター制御機器との通信、充電プロセス、障害後の修理方法などを詳細にメモしました。そこで2つの大きな課題が浮上しました。
- Bosch BMSはDRM（ディレクティブ・リソース・マネージメント）セットアップの一部であり、第三者製バッテリーの使用をほぼ禁止しています。
- 多数のセルを追加するとBMSが過負荷になり、バランス機能が失敗して完全に停止する恐れがあります。
AliExpressで外部バランサー（Bluetoothモジュール付き）を見つけました。10セルテストパックを組み立てると、バランサーを稼働させても自転車は認識しました。
次に190個のSamsung E35セル（約600 €）を注文しました。BMSは水没損傷がある欠陥パックから取得したもので、Bosch後部キャリアバッテリーでよく見られる問題です。数百本のYouTube動画を観察しながら、セル同士の直列/並列構成により大きなエネルギーが急速に解放される危険性を実感しました。まるでライブ爆弾を扱うようなリスクです。
設計は何度も試行錯誤し、10S17P構成に至りました。パックロックとコネクタは自転車上に固定されているためスペースが限られています。最初はリアキャリアに装着したかったものの、Hacker Newsで議論を行い、テストライドで後部にブリックを置いた結果、重心が高すぎて滑りや濡れた路面で安定性が損なわれることが分かりました。そこでフレーム内にパックを移動させ、セル数を190から170に削減しました。
適切な溶接機・バッテリーサポート材・絶縁紙（耐熱）をAliExpressで調達し、Trespa（非導電性）とPVC角材でケースを組み立てました。カードボードプロトタイプでフィット感を確認しました。
170セルに拡張する際は電気部品全体を慎重に設計しました。バランサーボードが広すぎ、Bosch BMSには多くのセンスワイヤがあります。小さな基板を下部に配置し、ヘッダーへワイヤをルーティングし、太めの配線を使用しました。コンパートメントの切り込みでワイヤリングを接続し、外部コネクタの+リードにスパイスして自転車が電源供給または充電時に機能するようにしました。3本の薄いワイヤーでパックコネクタからBMSへ充電プロトコルを伝え、CAN‑BUS線でコントローラとBMSを接続しました。
170セル構成のバッテリーは怖い作業です。全てのセルを3.8 Vに充電し、直列/並列接続時に高電流が流れないようにしました。各セルは2回（完全充放電サイクルで容量と内部抵抗）テストし、その後自己放電を確認。全て正常でした。溶接作業当日、家庭内の電気設備は劣悪で、どのコンセントもブレーカーが落ちる恐れがあります。オーブン用アウトレットにゲートアイソレーション電源で溶接機を稼働させました。溶接品質はばらつきがあったため、安全性確保のため1セルにつき6回の溶接を行いました。
パックレイアウト：17セルずつ10組、隣接するグループ間で少なくとも3セル重複させて電流を十分に通過させる設計。各グループは直列に接続され、箱型の形状が奇妙なパターンを生みましたが全体として収まります。バランスワイヤの配線は難しく、両側で1つずつBMSを配置しワイヤが交差しないようにしました。ホビーパックでは構造不良・電気的不備・セル品質低下・BMS問題・過充放電・衝撃・振動などが失敗の原因となります。私はこれらすべてのリスクを軽減することを目指しました。
外車で最初に完全な充放電サイクルを行い、容量は2 150 Whと期待通りでした。本番テストでは完全充電後、65 kmを走行し別都市へ移動、その帰路も含め130 kmを数時間で完了。現在のパックは車両に代わる実用的な選択肢です。速度は遅く荷物容量は限られますが、コストは格段に低く、環境負荷も大幅に削減されます。これが私が車を減らした主な理由です。
もしもう一度作るとすれば、ケースを少し広げて金属板（厚さ0.2 mm）を使用し、接続タブでセンスワイヤ・+/−ワイヤを溶接できるようにします。Bosch BMSの保持は面倒ですが、Bluetooth経由でバランサーから状態電圧を遠隔取得できるため、バッテリー状況の把握には十分です。ケース幅を広げれば絶縁層による厚み問題も解消できます。
航続距離は非常に良好で、フルパワー時に約180 km、エコモードでは500 km以上が期待できます。1日で乗り切れる距離を超えています。このプロジェクトは量産品ではなく実験的な一例ですが、左側の蓋は防水テープで固定し、1か月後に全体を分解して摩耗や損傷がないか確認予定です。問題が無ければ蓋を接着し仕上げ塗装します。
この記事が、e‑バイクを通勤車の代替として見るきっかけになり、Boschや他社に「ユーザーのニーズに応えてくれないならハッキングに耐えなければならない」というメッセージになることを願っています。動作状況・改良点・安全性向上策についてコメントいただけると幸いです。
通常の航続距離バッテリーは4.2 Vまで充電し3 Vで放電するため、サイクル寿命が短くなります。一方、大容量バッテリーは4.0 Vに充電し3.3 Vで放電できるので、使用可能なサイクル数を10倍以上増やせます。
興味がある方は以下までご連絡ください。
jacques@modularcompany.com
安全運転でお楽しみください！