Електровелосипед моєї мрії! – част. 3 – Електрофікація!

У попередній частині я вже зібрав механічну частину – всю трансмісію, колеса і навіть перший раз проїхався і був дуже задоволений,так як накат вийшов дуже хорошим і велосипед залишився велосипедом.

Настала черга електричної частини – мотору, контролеру і найдорожчої і найважливішої деталі, від якої залежать багато характеристик, – батареї електровелосипеду.

Вибір мотор-колеса

Передивившись інофомацію в інтернеті, я зрозумів, що мені найкраще підійде мотор колесо потужністю 350Вт. Я знайшов такий мотор – Mxus FX08C 350Вт 36В під касету, що було важливо для мене. Так як freewheel з часом починає вісімкувати і їх треба міняти.

Мотор-колесо прийшло заспіцоване в обід 26 дюймів. Бренд на колесі Veola, але по факту це MXUS. Обійшлася дана покупка мені в 3500 грн з доставкою. Купляв вже в Україні, так як доставка з AliExpress занадто дорога.

Для того, щоб отримати більше потужності і збільшити максимально шидкість, я буду подавати напругу не 36В, а 48В. Підняття напруги призвиде до більшого нагрівання мотору і меншого ресурсу. Проте досвід інших користувачів показує, що ці двигуни переносять нормально такі перевантаження і служать по 3-5 років. Жертвуємо трохи ресурсом, зате їдемо швидше laughing

Контролер мотора

Я придбав на AliExpress простий контролер для BLDC мотора, без функції PAS-асистента, на напругу 36/48В і струм 18А, за 9$ і він нормально справляється зі своєю функцією.

Хочу відмітити, що даний контролер призначений саме для редукторних мотор-коліс: на старті, при викрученій повністю ручці газу він НЕ дає всю потужність ривком, а плавно розганяє мотор. Таким чином, не розбиваються шестерні редуктора і збільшується термін експлуатації.

Вибір типу АКБ

Основними критеріями при виборі акумуляторних батерей в мене були:

  1. Розмір – АКБ повинна поміститися в трикутник рами, де буде ще контролер і електроніка – щоб все гарно виглядало.
  2. Термін експлуатації – всі АКБ деградують, проте кожний по різному. Тут є поняття кількості циклів заряду-розряду до втрати певного відсотку ємності. Чим більше циклів, тим довше проживе АКБ.
  3. Пожежна безпека – будь-яка батарея, при неправильному поводженні, може загорітися. Проте деякі хімії більш стійкі до загоряння.
  4. Вага – не менш важливим параметром є вага, так як я не хочу перетворити велосипед в неомопед.

На момент написання статті, червень 2019 року, є два види акумуляторних батарей, які доцільно використовувати в електротранспорті – це літій-іонні Li-ion та літій-ферум-полімерні LiFePo4. Це загальні назви груп акумуляторів, так як, наприклад, Li-ion має різні має різні хімічні склади.

В загальному, Li-ion має меншу вагу і об’єм на ту ж саму ємність, діапазон напруги елемента 3,0-4,2В, проте мають не велику кількість циклів (400-600 до 60% ємності) та схильні до загоряння та вибухів при пошкодженні.

LiFePO4 є стійкими до загоряння і вибухів у разі ударів/пошкоджень, мають більшу к-сть циклів (1500-2000 до 80% ємності), напруга 2.0-3.6В,  проте мають значно більшу вагу та більший об’єм.

Тут слід виділити один тип АКБ, який на мою думку, є на даний момент найкращим для використання на електротранспорті – це літій-іонні акумулятори LG, хімія – літій-манганат.  Ось деякі характеристики:

  • напруга 3,0-4,2В
  • 2000 циклів до 80% ємності
  • не вибухають, не горять
  • легкі та невеликі по об’єму
  • мають високі струми розряду-заряду
  • найкраща ціна

Детальніше про дані АКБ є писав у цій статті. Проте, їм, на жаль, не судилося бути на моєму електровелосипеді (поки, щоlaughing), так як вони банально не влізають по розмірах.

Для моїх потреб, 50-60км на одному заряді,  ну і для того, щоб забезпечити максимальний струм контролера в 18А і не шкодити самій АКБ, приблизно необхідно 15А*год батареї при 48В.

Від покупки АКБ на AliExpress я відмовився, так як останнім часом китайці дуже часто обманюють з ємністю та іншими характеристиками. А акумулятори з реальними хар-ми коштують дорожче ніж в Україні.

Порахувавши необхідну к-сть АКБ на Li-ion формату 18650 і LiFePO4 формату 32650, їх ціну, розміри та вагу, я відмовився від LiFePO4 саме через велику вагу – аж 7кг! Мій вибір зупинився на акумуляторах з електрокару Tesla формату 18650 ємністю 3200мА*год.

Придбав я їх на форумі електротранспорту по 70грн за шт + холдери та доставка = 5000 грн за все.

Варто відзначити, що майже всі АКБ на ринку України є б/у, тобто НЕ новими. Проте вони вже перевірені багатьма ентузіастами електротранспорту.

Худо-бідно я прогнав акумулятор китайською зарядкою Imax B6, і ємність склала 2909мА*год при заявлених 3200мА*год, що лежить в межах погрішності даного апарату. 

Боротьба за цикли (розрахунок ємності АКБ)

Дані АКб підходять за розміром, вагою та об’ємом. Проте за термін експлуатації треба поборотися. Тому ось загальна рекомендації по розрахунку ємності АКБ.

Перш за все, знайдіть документацію на акумулятори з характеристиками та рекомендаціями по експлуатації даних АКБ. Всі виробники прописують рекомендовані та допустимі умови експлуатації.

Важливим пунктом тут є допустимі та рекомендовані струми розряду та заряду. Саме вони найбільше впливають на швидкість деградації АКБ.

Тесла банки 18650 рекомендовано розряджати струмом небільше 4А, а ще краще – 1С (С – capacity – ємність, дет. тут), тобто при ємності в 3200мА*год це 3,2А на банку. Контролер споживає 18А, відповідно 18/3,2=5,6. Найкращим варіантом є конфігурація з 6 паралельно підключених банок, тоді струм одної буде 18/6=3А.

Проте з метою трохи зекономити місце і гроші, вибрав конфігурацію з 5 паралельних, тобто максимальний струм на банку 18/5=3,6А, що допустимо для даних АКБ.

Тепер струм заряду. Вони теж вказані в даташитах до АКБ, а для даних акумуляторів було проведено ряд реальних тестів і експериментально визначено, що струм заряду повинен бути в межах 0,3-0,5С, тобто 1-1,6А на елемент.

Я прикупив дешеву зарядку 54,6В 2А з AliExpress за 10$. Тому струм заряду на один елемент складає 0,4А або 0,125С, що позитивно відобразиться на к-сті циклів, проте збільший час заряду до 8-10год. Для використання на кожен день це чудовий варіант: ввечері поклав – зранку забрав і поїхав.

В такому режимі роботи дані акумулятори пройдуть 600-800 циклів до деградації в 25%, що при використанні кожень день, включаючи вихідні і свята, складе 1,7-2,1 року. Ну а в реальних умовах – 3,5-4 роки, тобто через 3,5-4 роки запас ходу на одному заряді зменшиться з умовних 60 км до 40 км.

Ну а проте, як Тесла заряджається на суперчарджерах за 40хв до 80% і при цьому це не шкодить акумуляторам, поговоримо у одній з наступних статтей.

Тепер про напругу акумулятора. Нормальним діапазоном експлуатації літія є 3,0-4,2В, мінімальна напруга розрядженого 3,0В, максимальна зарядженого 4,2В.

Якщо зменшити діапазон на 0,1В, тобто заряджати не до 4,2В, а до 4,1В, то ресурс збільшиться вдвічі: до 1200-1600 циклів. І кожне зменшення діапазону на 0,1В призводить до збільшення в два рази к-сті циклів.

Проте при кожному зменшенні максимальної напруги заряду/розряду ми втрачаємо в ємності, яку ми можемо використати: при заряді до 4,2В – 3200мА*год, при заряді до 4,1В – 2976мА*год. Якщо елемент, який заряджали до 4,1В, зарядити до 4,2В, то він набере всю свою ємність знову – 3200мА*год.

Втрата в ємності складає всього 7%, а кількість циклів може зрости до 50% – тому краще пожертвувати трохи ємністю, але отримати більш довговічні акумулятори. Але для цього прийдеться придбати зарядку з регулюванням напруги або доробити вже існуючу. Про це вже згодом)

Пожежна безпека

Хочу Вас одразу застерегти неправильне поводження або експлуатація може призвести до вибуху або загоряння акумуляторів. Дотримуйтеся правил безпеки!

В інтернеті дуже багато відео як горять електровелосипеди або електрокари, навіть Тесла з усіма рівнями безпеки – горить. Тому будьте максимально обережні при роботі з АКБ.

Так як дані акумулятори з електрокара Тесла, і Тесла при певних пошкодження може загорітися, то і дані елементи теж можуть горіти. Тому перш за все, треба захистити елементи від будь-яких механічних пошкоджень – найкращим варіантом буде помістити їх у корпус.

Друга причина, через яку в основному горять електровелосипеди, це коротке замкнення між елементами. Це відбувається коли елементи зафіксовані між собою не найкращим чином і в результаті вібрацій ізоляція сусідніх елементів протирається і проходить КЗ із подальшим загорянням велосипеду.

Від цього можуть захистити спеціальні холдери для акумуляторів, які допомагають рівномірно розділити вагу між елементами, сформути необхідну форму, та залишають мінімальні відступи між елементами,  а також запобіжники, які встановлюються на кожний елемент.

Ще одною причиною загоряння є дешеві, неякісні плати захисту BMS (battery managment system), які в процесі роботи можуть перегрітися, вийти з ладу і призвести до пожежі. Про це детальніше нижче.

Ну і ще одною типовою причиною пожеж, незалежно від хімії акумуляторів, є ненадійні конектори. Такі конектори йдуть за замовчуванням з дешевими контролерами. І якщо на сигнальні кабелі це допустимо, то для силових – це може закінчитися плачевно. Тому одразу заміняйте силові конектори на нормальні – наприклад XT60+.

Збірка акумуляторів

Перш за все, я вирізав з картону шаблон рами трикутника і виміряв розмір і форму майбутнього акумулятора. Потім сформував з холдерів форму і поставив туди акумулятори для примірки. Впевнившись, що конфігурація по формі підходить, сформував остаточно форму акумулятора.

Існує два методи з’єднання акумуляторів – точкова зварка і пайка. Зварку використовують в промисловості, через свою простоту, дешевизну (використовується нікелева пластина) та швидкість операції. Проте в домашніх умовах, без належного інструменту важко відтворити даний процес. При чому, при зварюванні АКБ стає складною в ремонті, при виході з ладу одного з елементів.

Важливо! Перед збиранням АКБ обов’язко вирівняйте всі елементи по напрузі. Це можна зробити просто зарядивши всі акумулятори.

З іншого боку, пайка елементів може призвести до перегріву елемента  і виходу його з ладу. Щоб уникнути цього, я виконав декілька простих операцій.

Зачистив всі контакти наждачним папером (насадку зробив на шуруповерт) З каптонового (термостійкого) скотчу і картону сформував шаблон, який можна легко одягати на елемент і зробив в центрі акуратний отвір.

Це дозволяє гріти тільки невелику область контакту, не перегріваючи акумулятор. При чому припой не розтікається, а формує акуратний кружечок посередині контакту.

Після пайки я прибрав залишки флюсю спиртом, купленим в аптеці. Залишений флюс на елементі може призвести до корозії ізоляції і вивести з ладу АКБ.

Далі я почав формувати групи з 5  елементів та їх з’єднання. Нагадаю, що в мене конфігурація 13s5p, тобто 13 груп з 5 паралельних елементів кожна, з’єднюються послідовно, тобто + до -.

Для зручності і щоб не помилитися, я пронумерував всі групи. Потім, взяв кабель січенням 2,5мм2, який витримує 27А (а необхідно 18а)  і сформував перемички для з’єднання елементів. А щоб не розплавити холдери, я попередньо наклеїв термостійкий скотч.

А тепер найважливіша частина – запобіжники на кожний елемент. Це саме те, що захистить АКБ від короткого замкнення. Я взяв запобіжники номіналом 5А.

Тут важливо, щоб кожен запобіжник окремо припаяти на мідний провід, а також щоб їх контакти не торкалися одне одного.

Після пайки обов’язково перевірте якість пайки, так як поганий контакт може призвести до сильного дисбалансу акумуляторів. Перевірено мною на практиці!

Далі запаяв всі балансувальні проводи для БМС плати згідно схеми, яка йшла в комплекті, і щедро покрив всю батарею 3-4 шарами скотчу.

Плата захисту та балансування BMS

БМС плати при значені для захисту акумуляторів та їх правильного режиму експлуатації. Вони слідкують за напругою кожного елемента і відключають навантаження при розряді нижче 3,0В на банку, та зарядку – при заряді до 4,2В на елемент.

При заряджанні послідовно з’єднаних елементів, через нерівність їх параметрів, декілька можуть зарядитися швидше інших, а потім і перезарядитися. Щоб цього не було, БМС відключає зарядку і балансує елементи між собою, таким чином правильно розподіляє навантаження між ними. Також вона захищає від короткого замикання та перевантаження по струму.

Я вибрав БМС у вологозахищеному корпусі на 13 послідовно з’єднаних акумуляторів на напругу 48В і 35А розряду  (20А заряду) за 17$.

Це доволі хороша, надійна БМС, але вона теж має один великий недолік – нагрів та втрати при роботі. Це пов’язано з тим, що вона пропускає через себе весь струм навантаження, всі 18А у моєму випадку. Це видно з стандартної схеми.

Плюсовий контакт йде напряму до контролера і зарядку, а мінус подається через саму плату. Саме тут є втрати потужності, які виділяються в тепло.

Щоб уникнути цих втрат і ймовірного перегріву БМС та загоряння, я розробив таку схему підключення.

В кожного контролера є силові контакти + та -, а також третій провід для включення, так зване запалення, як у автомобіля. Щоб він працював, треба на цей контакт подати +, в моєму випадку +48В.

Якщо керувати цим контактом, запаленням, то не потрібно пропускати весь струм, 18А через БМС, а достатньо послати сигнал на запалення і контролер вимкнеться.

Але БМС подає мінус, а нам треба плюс. Для цього достатньо використати PNP Mosfet транзистор: він керується мінусом, а комутує плюс. Я використав FQP47P06 60В 47А. Звичайно по струму тут можна брати менше, а по напрузі якраз трохи із запасом – 54,6В повністю заряджена АКБ.

Отже, тепер схема підключення виглядає так:

Силові кабелі + та – йдуть напряму до контролера, але обов’язково через запобіжник або автомат на постійний струм! “Запалення” йде через транзистор, який працює як ключ, коли на нього подає сигнал БМС.

Зарядний пристрій підключається стандартно через БМС, так як він не має запалення і БМС повинна його відключати під час балансування елементів. Резистори призначені для керування транзистором, а стабілітрон на 20В захищає від перенапруг.

Переваги: через БМС не проходить великий струм розряду, тобто на ній немає втрат, вона не гріється і ймовірність загоряння прямує до нуля. Крім того, тепер можна купляти БМС не на струм розряду, а на струм заряду, який в рази менший, а відповідно і дешевша БМС плата!

Наприклад: якщо струм розряду 60А, а заряду 20А, то можна купити БМС на 25А (із запасом трохи) за 20$, а не на 80а за 35$.

Ось така в мене вийшла батареяlaughing

Перші тести

Зібрав я все по схемі, скла в рюкзак і поїхав тестувати.

І я Вам скажу: ЦЕ НЕЙМОВІРНО КРУТО! Такі відчуття не описати словами, це потрібно спробувати. Щиро всім рекомендую зробити собі такого коня! Ви не пошкодуєте!

Ось результати: максимальна швидкість 47км/год! 

Ну а на наступний день я вже їздив по справам, і навіть зробив перше вантажне перевезення – порізаний лист фанери, орієнтовно 12 кг.

Список деталей та вартість

З першої частини сума складає 312$:

  1. Рама Jessica 17″ 138$ –http://got.by/3onu75
  2. Амортизаційна вилка SR Suntour Epixon 2019 155$ – http://got.by/3ot8d1
  3. Руль WAKE 720мм 10,5$ – http://got.by/3ota05
  4. Виніс руля WAKE 5,5$ – http://got.by/3ot9hv
  5. Дистанційні кільця 3$ – http://got.by/3oteku

На другому етапі було  278$:

  1. Втулка на промах Novatec D041SB за 22.5$ – http://ali.pub/3ppjtq
  2. Алюмінієві подвійні ободи MEIJUN за 50.5$ – http://ali.pub/3ppkuv
  3. Набір спиць 36 штук 10$– http://ali.pub/3prd8u
  4. Антипрокольна камера FOSS 15$/шт – http://ali.pub/3ppolm
  5. Покришки по 14$ в Україні, покришки різні на Aliexpress – http://ali.pub/3ps3yy
  6. Шатуни IXF з кареткою за 34$ – http://ali.pub/3prf71
  7. Педалі топталки  Rockbros 24.5$ – http://ali.pub/3prk64
  8. Зірка Narrow Wide на 36 зубів 7.5$ – http://ali.pub/3prnfk
  9. Красиві бонки Snail 4$ – http://ali.pub/3prno4
  10.  Ланцюг KMC 11$ – http://ali.pub/3prqfa
  11. Касета 11-25Т 12.6$ – http://ali.pub/3prr1g
  12. Переключатель Shimano Alivio RD-M410 18.24$ – http://ali.pub/3prrik                                  / я по необрежності замовив два, тому якщо Вам треба, то віддам по собівартості/
  13. Підсилювачі дропаутів 17.6$ (Україна)  форум електротраспорту.
  14. Гідравлічні гальма з кінцивиками в зборі 60$ – http://ali.pub/3prx3f

Разом 590$.

І електрична частина:

  1. Редукторне мотор-колесо під ксету MXUS FX08С 36В 350Вт заспіцоване – 3500грн/137$ – https://bit.ly/2lV0M5U На AliExpress – http://got.by/3rwf4p
  2. Контролер мотор колеса 36/48В 16-18А 9$ – http://got.by/3rn6d6
  3. Акумулятори Тесла 18650 4550грн/182$ – https://bit.ly/2klkOq0
  4. Холдери 18650 7,6$  – http://got.by/3rs049
  5. Запобіжники під пайку на кожен елемент 3.62$ – http://got.by/3rs0iu
  6. Термостійкий скотч 4,2$ – http://got.by/3rvhuc
  7. Конектори XT60+ 3$ – http://got.by/3rvd7b
  8. BMS 13S 48V 17.5$ – http://got.by/3rvteu
  9. Транзистор (http://got.by/3rwhtq) + резистори –1$
  10. Кабель силовий 2$

Разом на цьому етапі – 367$, загальні витрати – 957$

Якщо Вам сподобалася стаття, то поділіться з нею друзями.

Підписуйтесь на розсилку, щоб не пропустити наступну частину!

Вам також може сподобатись:

Subscribe
Notify of
guest
2 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
Александр Захаркив

Гарний ровер вийшов,перше що варто замiнити в байбутньому -то контролер на Iнфенiон 6 фет,для цього моторчика вистачить.

Будьмо дружніми!

Привіт, мене звати Юрій!

Привіт, мене звати Юрій!

Я інженер та блогер. Веду цей блог про альтернативну енергетику, електротранспорт та технології автоматизації.

Останнє з блогу

  Будьмо дружніми!